《數(shù)字邏輯》數(shù)控直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要………………………………………………………3</p><p>　　技術(shù)指標(biāo)與要求…………………………………………3</p><p>　　正文………………………………………………………3</p><p>　　3.1基本思路……………………………………………

2、…3</p><p>　　3.2穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)…………………………………………4</p><p>　　3.3數(shù)控電路設(shè)計(jì)…………………………………………5</p><p>　　3.4輸出電壓值的數(shù)碼管顯示……………………………7</p><p>　　3.5自制穩(wěn)壓電源…………………………………………8</p><p>　

3、　3.6部分主要電路仿真……………………………………8</p><p>　　4元器件明細(xì)表……………………………………………10</p><p>　　5參考文獻(xiàn)…………………………………………………14</p><p>　　6收獲與體會(huì)………………………………………………15</p><p>　　7.鳴謝…………………………………………………

4、……16</p><p><b>　　數(shù)控直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　一．摘  要</b></p><p>　　隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控穩(wěn)壓電源成為電源研究的領(lǐng)域的熱門對(duì)象，其突出特點(diǎn)是數(shù)控特性，本文所述電路是在基本穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上，附加電壓調(diào)節(jié)電路，數(shù)字顯示等電路，設(shè)計(jì)并制作了有一定輸

5、出電壓調(diào)節(jié)范圍和功能的數(shù)控直流電源。本電路輸出電壓控制部分選用計(jì)數(shù)器控制繼電器切換輸出電壓檢測(cè)電阻的方式，此方法不僅大大簡(jiǎn)化了電路，并且避免了使用單片機(jī)造成的對(duì)穩(wěn)壓電源的電磁干擾。</p><p>　　關(guān)鍵詞：整流；濾波；穩(wěn)壓；數(shù)字控制；輔助電源</p><p>　　二. 主要技術(shù)指標(biāo)與要求</p><p>　　1.設(shè)計(jì)一可以通過數(shù)字量輸入來控制輸出直流電壓大小的直

6、流穩(wěn)壓電源</p><p>　　2.能夠輸出0—+10V，步進(jìn)1V。 </p><p>　　3.輸出電流500mA。</p><p>　　4.輸出電壓值由數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　三.正文</b></p><p><b>　　1. 基本思路</b></p

7、><p>　　實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電源最簡(jiǎn)單的方法就是采用集成穩(wěn)壓器，如果是輸出電壓可調(diào)的電壓精確控制，則選用輸出電壓可調(diào)的集成穩(wěn)壓器，如正電壓輸出的LM317和負(fù)電壓輸出的LM337。在選用LM317為基本穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上，附加電壓調(diào)節(jié)電路、數(shù)字電壓顯示電路。輸出電壓部分選用計(jì)數(shù)器控制繼電器切換輸出電壓檢測(cè)電阻的方式，原理如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 數(shù)控電源原理示意圖</p&g

8、t;<p><b>　　2. 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　（1）穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)輸出電壓、電流的要求，可以選用輸出電壓可調(diào)的通用集成穩(wěn)壓器LM317，LM317的主要技術(shù)指標(biāo)見表1.1</p><p>　　表1.1 LM317的主要技術(shù)指標(biāo) 1</p

9、><p>　　采用LM317構(gòu)成的步進(jìn)為1V,輸出電壓范圍為0～10V的穩(wěn)壓電源部分電路如圖1.2所示。</p><p>　　圖1.2 輸出電壓范圍為0～10V的穩(wěn)壓電源部分電路 1</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓從0～10V以1V步進(jìn)調(diào)節(jié)，輸出電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)可以用8組電阻實(shí)現(xiàn)，分別是0.1V、0.2V、0.4V、0.8V、1V、2V、4V、8V。當(dāng)集成穩(wěn)壓器

10、的輸出端與調(diào)節(jié)端所連接的電阻值選625Ω（對(duì)應(yīng)500Ω/V）時(shí)，0.1V、0.2V、0.4V、0.8V、1V、2V、4V、8V的調(diào)節(jié)電阻分別為50Ω、100Ω、200Ω、400Ω、500Ω、1kΩ、2kΩ、4kΩ。每組電阻兩端并接小型繼電器或微型繼電器K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、k8(要求繼電器的接觸電阻小于1Ω)，繼電器的常閉觸點(diǎn)將各輸出電阻短接，也就是說，所有繼電器的電磁線圈均不得電時(shí)，輸出電壓為零。隨著不同繼電器電磁

11、線圈的得點(diǎn) 電，將得到對(duì)應(yīng)的輸出電壓。</p><p>　　如果輸出電壓檢測(cè)電阻的參考端接GND，LM317的最低輸出電壓則為1.25V（這時(shí)LM317的調(diào)節(jié)端接GND，正常工作狀態(tài)下，輸出端對(duì)參考端的電壓為1.25V，也就是輸出端電壓對(duì)GND的電壓為1.25V），不能滿足電壓在0～10V的要求。因此，為了獲得0V的輸出電壓，輸出電壓檢測(cè)電路的參考端應(yīng)接在-1.25V的電壓基準(zhǔn)上，以抵消LM317的輸出端與基準(zhǔn)端

12、的1.25V的影響。</p><p>　　需要注意的是，當(dāng)整流濾波電容器遠(yuǎn)離穩(wěn)壓電路時(shí)，需要在靠近穩(wěn)壓電路特別是集成穩(wěn)壓器的地方，在輸入端和GND端接旁路電容器。</p><p>　?。?）輸入整流濾波電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)濾波二極管的額定電流應(yīng)為輸出平均電流的3～10倍的規(guī)則，整流器可以選擇額定電流為3A的1N5402系列整流二極管，為了簡(jiǎn)化整流變壓

13、器，可以選用橋式整流電路。</p><p>　　整流濾波電容可以選擇25V/2200uF或25V/3300uF，這樣可以獲得比較低的整流輸出紋波電壓。</p><p>　　整流變壓器可以選擇黑白電視機(jī)的電源變壓器，容量為30VA，次級(jí)輸出電壓約15V。輸入整流濾波電路如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.3輸入整流濾波電路</p><p&g

14、t;<b>　　3.數(shù)控電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了降低難度，采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓的控制?；舅悸肥牵翰捎眉訙p計(jì)數(shù)器，通過加減鍵實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)。將計(jì)數(shù)器的輸出通過開關(guān)管通過驅(qū)動(dòng)繼電器的電磁線圈，通過繼電器的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)檢測(cè)電阻的切換，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的控制。</p><p>　　計(jì)數(shù)器應(yīng)選擇十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器，可以選擇74LS192。采用兩個(gè)74LS192

15、級(jí)聯(lián)構(gòu)成兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)0—10v的切換，低位計(jì)數(shù)器輸出Q0、Q1、Q2、Q3分別提供1V、2V、4V、8V的控制信號(hào)；高位計(jì)數(shù)器輸出Q0、Q1、Q2、Q3分別提供1V、2V、4V、8V的控制信號(hào)。采用按鍵作為步進(jìn)加、步進(jìn)減的控制按鈕；為了防止按鍵過程中出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象，在計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)脈沖端與加、減計(jì)數(shù)按鈕之間接入施密特觸發(fā)器74LS14，可以消除振鈴現(xiàn)象。</p><p>　　采用兩個(gè)74LS192級(jí)

16、聯(lián)構(gòu)成的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路如圖1.4所示。</p><p>　　圖1.4 采用兩個(gè)74LS192級(jí)聯(lián)構(gòu)成的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路 1</p><p>　　圖1.4中1V以下計(jì)數(shù)器74LS192的時(shí)鐘可以由“+”、“-”兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增減，1V以上計(jì)數(shù)器74LS192的加、減計(jì)數(shù)時(shí)鐘則由低位的進(jìn)、借位輸出提供。</p><p>　　為了防止加、減計(jì)數(shù)溢出，

17、需要設(shè)置防止加、減計(jì)數(shù)溢出電路?；舅悸肥且坏┯?jì)數(shù)器輸出為1010 0000，應(yīng)禁止繼續(xù)加計(jì)數(shù)；同樣，一旦出現(xiàn)0000 0000，應(yīng)禁止繼續(xù)減計(jì)數(shù)。按這個(gè)思路可以利用“與門”也可以是“與非門”檢測(cè)1010 0000 和0000 0000。如果感覺找不到8輸入的“與門”、“與非門”由于要實(shí)現(xiàn)的電路不是高速電路，可以用最基礎(chǔ)的二極管邏輯電路來實(shí)現(xiàn)，其電路如圖1.5所示。</p><p>　　1.5二極管邏輯電路 &l

18、t;/p><p>　　圖1.5（a）為防止減計(jì)數(shù)溢出控制電路。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為0000 0000時(shí)，防止減計(jì)數(shù)溢出控制電路的全部輸出為為0000 0000。經(jīng)過反相器后，在二極管邏輯電路的二極管輸入端為高電位，8個(gè)二極管全部“關(guān)斷”。為了提高輸出驅(qū)動(dòng)能力，降低對(duì)的負(fù)載效應(yīng)，二極管邏輯輸出接晶體管射極跟隨器。當(dāng)跟隨器輸出高電位時(shí)，經(jīng)過反相器轉(zhuǎn)換為低電位送到減計(jì)數(shù)控制的“與非門”，封鎖減計(jì)數(shù)控制邏輯控制的“與非門”，實(shí)現(xiàn)減

19、計(jì)數(shù)溢出的防止。圖1.5（b）為防止加計(jì)數(shù)溢出控制電路。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為0000 1000時(shí)，防止加計(jì)數(shù)溢出的控制電路的全部輸入為0000 1000。為了提高輸出驅(qū)動(dòng)能力，降低對(duì)前級(jí)的負(fù)載效應(yīng)，二極管邏輯輸出接晶體管射極跟隨器。當(dāng)跟隨器輸出高電位時(shí)，經(jīng)過反相器轉(zhuǎn)換為低電位送到加計(jì)數(shù)控制邏輯的“與非門”，封鎖加計(jì)數(shù)控制邏輯控制的“與非門”，實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)溢出的防止。將圖1.5電路移植到圖1.4電路中，將防止加計(jì)數(shù)溢出控制電路替代圖1.4的加計(jì)數(shù)

20、按鍵，將防止減計(jì)數(shù)溢出控制電路替代圖1.4的減計(jì)數(shù)按鍵，就可以得到完整的穩(wěn)壓電源步進(jìn)加、減控制電路。如圖1.6所示。</p><p>　　圖1.6 具有限制加、減溢出功能的兩位十進(jìn)制加、減計(jì)數(shù)器 </p><p>　　4.輸出電壓值的數(shù)碼管顯示</p><p>　　圖1.9 數(shù)碼管的連接電路 </p><p>　　5．為實(shí)現(xiàn)上述各部分電路穩(wěn)

21、定工作，自制一個(gè)穩(wěn)壓直流電源</p><p>　　穩(wěn)壓直流電源，輸出電壓為±15V，+5V。可以用電源變壓器、整流器、LM7815、LM7915、LM7805構(gòu)成，其電路如圖1.10所示。</p><p>　　1.10 穩(wěn)壓直流電源電路</p><p>　　1．?dāng)?shù)字電路仿真實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2 控制電路的仿真實(shí)現(xiàn) 

22、;   如圖所示，采用了兩個(gè)按鍵，分別為"+"和"一"，用來調(diào)節(jié)設(shè)定電壓，可以以1V的步進(jìn)增加或減少。按下"+"和"一"鍵，產(chǎn)生的脈沖輸入到74LSl92N的CP的UP或DOWN端來控制74LSl92N的輸出是作加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)。</p><p>　　總體電路圖仿真實(shí)現(xiàn)。</p><p>　

23、　不明原因使得該電路未能仿真成功</p><p><b>　　四．元件選擇</b></p><p>　　74LS47（圖1）</p><p>　　74LS192（圖2） </p><p><b>　　74LS14</b></p><p><b>　　LM317<

24、;/b></p><p><b>　　LM337</b></p><p>　　圖1 74LS47功能表</p><p>　　圖2 74LS192功能表</p><p>　　五.收集和閱讀的資料及參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1] 《全國(guó)大學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品匯編》全國(guó)大學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽組

25、委會(huì)編.第一版北京理工大學(xué)出版社.2004</p><p>　　[2] 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》林濤.第一版.清華大學(xué)出版社.2006</p><p><b>　　六．收獲與體會(huì)</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)過程中，電路中采用了模擬器件和數(shù)字器件，所以需要+5V和-15V電源供電。本設(shè)計(jì)輸出的電壓穩(wěn)壓精度高，可以用在對(duì)直流電壓要求較高的設(shè)

26、別上，或在科研實(shí)驗(yàn)室中當(dāng)做試驗(yàn)電源使用。 </p><p>　　在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多問題，給我的感覺感覺很簡(jiǎn)單，但實(shí)際上很難 ，看似很簡(jiǎn)單的電路，要?jiǎng)邮职阉o設(shè)計(jì)出來，是很難的一件事，主要原因是我沒有經(jīng)常動(dòng)手設(shè)計(jì)過電路，還有資料的查找也是一大難題，這就要求在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這一點(diǎn)，更重要的是我們要學(xué)會(huì)把從書本上學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際的電路聯(lián)系起來，這不論是對(duì)我以后的學(xué)習(xí)就業(yè)還是學(xué)習(xí)來說，都會(huì)有幫助的。

27、我相信，通過這次的課程設(shè)計(jì)，對(duì)我另外的兩個(gè)目的有益處的。</p><p>　　同時(shí)，通過本次課程設(shè)計(jì)，鞏固了我的學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識(shí)，也是得我把理論與實(shí)踐從真正意義上結(jié)合起來；考驗(yàn)了我借助互聯(lián)網(wǎng)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和組織材料的綜合能力；從中可以自我檢測(cè)，認(rèn)識(shí)到自己的欠缺與不足，以便于在日后的學(xué)習(xí)工作中得以改進(jìn)和提高。通過使用multisim電子設(shè)計(jì)軟件，也讓我了解到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方便與快捷。</p>