1前言隨著人們生活水平的不斷提高，數(shù)字化控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的。其中數(shù)控直流穩(wěn)壓電源就是一個很好的典型例子，但人們對它的要求也越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的設施就需要從數(shù)字電子技術入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展，本文所介紹的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便，電壓穩(wěn)定度高的特點，其輸出電壓大小采用數(shù)字顯示，主要用于要求電源精度比較高的設備，或科研實驗電源使用，并且此設計，沒有用到單片機，只用到了數(shù)字技術中的加法器，D/A轉(zhuǎn)換器，譯碼顯示等電路，具有控制精度高，制作比較容易等優(yōu)點?，F(xiàn)在，各種電源集成電路正獲得迅速發(fā)展與廣泛的應用，為電源的集成化、標準化和小型化創(chuàng)造了條件。傳統(tǒng)集成穩(wěn)壓器有許多種，主要可分成線性集成穩(wěn)壓器、開關集成穩(wěn)壓器和數(shù)控穩(wěn)壓電源三大類。線性集成穩(wěn)壓器的優(yōu)點是穩(wěn)壓性能好，輸出紋波電壓小，電路簡單，成本低。主要缺點是調(diào)整管的壓降大，功耗高，穩(wěn)壓電源的效率低，開關電源被譽為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。開關內(nèi)部的調(diào)整工作在開關狀態(tài)，本身消耗量低。數(shù)控穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源電路相比，具有操作方便，電壓穩(wěn)壓度高的特點，目前用的較多的數(shù)控穩(wěn)壓電源主要由六部分組成：電壓調(diào)整鍵，可逆計數(shù)器實現(xiàn)加減計數(shù)，數(shù)顯譯碼驅(qū)動，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，運算放大電路，各部分供電電壓。而本設計正是要設計一個簡易的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，我們選用三端可調(diào)式集成電路LM317來作為主要芯片，來實現(xiàn)本設計。2總體設計方案2.1方案設計簡易數(shù)控穩(wěn)壓電源至少包括：整流、濾波電路，可調(diào)穩(wěn)壓電路，D/A變換器，數(shù)字控制電路，輔助電源設計。設計萬案一：根據(jù)設計任務要求，可調(diào)穩(wěn)壓電源，8421撥碼開關的輸出輸入到D/A變換器，經(jīng)D/A變換器轉(zhuǎn)換成相應的電壓，此電壓經(jīng)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的工作原理框圖如圖2.1所示。主要包括三大部分：8421撥碼控制部分、D/A變換器及過放大到合適的電壓值后，去控制穩(wěn)壓電源的輸出，使穩(wěn)壓電源的輸出電壓以0.1V的步進值增或減。方案一的原理如圖2.1所示：圖2.1 設計方案一方框圖方案一：根據(jù)設計任務要求，數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的工作原理框圖如圖2.2所示。主要包括三大部分：數(shù)字控制部分、放大器及可調(diào)穩(wěn)壓電源。數(shù)字控制部分用8421撥碼控制、放大器及可調(diào)穩(wěn)壓電源，8421輸出輸入到放大器，經(jīng)放大器轉(zhuǎn)換成相應的電壓，此電壓經(jīng)過放大到合適的電壓值后，再經(jīng)過放大電路去控制穩(wěn)壓電源的輸出，使穩(wěn)壓電源的輸出電壓以0.1V的步進值增或減。

穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路圖2.2 設計方案二的方框圖2.2方案比較與選擇對于本設計題目，使用設計方案一就能夠很好地滿足設計要求，看起來簡單明了，且更加便于計算。所以，兩個方案相比較之后，我認為方案一比較好。3.單元模塊設計3.1整流、濾波電路的設計首先確定整流電路結(jié)構(gòu)為橋式電路；濾波選用電容濾波。橋式電路的整流相比半波整流和全波整流效果更好，在實際生活中也更為常用，所以我們在此處選用橋式濾波。電容我們選用的是電解電容，因為這樣相較普通的電容濾波會更好。此處輸入電壓是生活電壓交流220V。電路如圖3.1所示。圖3.1整流濾波電路3.2可調(diào)穩(wěn)壓電路設計為了滿足穩(wěn)壓電源最大輸出電流500mA的要求，可調(diào)穩(wěn)壓電路選用三端集成可調(diào)穩(wěn)壓器LM317,對我們要求的電路來說，選擇LM317就能較好的實現(xiàn)電路要求和功能。要使穩(wěn)壓電源能在0?9.9V之間調(diào)節(jié)，該穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、紋波大小等性能指標均能滿足設計要求?？刹捎脠D3.2所示電路。

圖3.2LM317構(gòu)成的穩(wěn)壓電路3.3D/A變換器設計若要使UIN步進變化，則需要一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器完成。此處運用了兩個8421開關來對電路進行控制，對應相應的電壓值，并且分別對應數(shù)控穩(wěn)壓電源的各位和小數(shù)點后的第一位。電路如圖3.3所示。圖3.3DA轉(zhuǎn)換電路圖3.4數(shù)碼開關的設計在此設計中需要兩個數(shù)字控制電路分別接于DA轉(zhuǎn)換電路的各位和小數(shù)點后的第一位的相對應的8421撥碼開關上，則可以實現(xiàn)對電壓值的步進，加減。圖3.4 數(shù)字控制電路圖3.5輔助電源設計在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源的組成可以用下圖表示，它是由電源變壓器，整流，濾波，和穩(wěn)壓電路等四部分組成。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐怠Ｈ缓笸ㄟ^整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，所以必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有±10%左右的波動），負載和溫度的變化而變化。因而在整流，濾波電路之后還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度變化是，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。當負載要求功率較大，效率高是常采用開關穩(wěn)壓電源。要完成D/A轉(zhuǎn)換及可調(diào)穩(wěn)壓器的正常工作，運算放大器TL085必須要求正、負雙電源供電?，F(xiàn)選擇±12V、15V、1.15V供電電源。數(shù)字控制電路要求5V電源，可選擇7812\7912集成三端穩(wěn)壓器實現(xiàn)。輔助電源原理圖如圖3.5所示。+15VU17:912圖3.5 輔助電源電路圖3.6求差電路設計在此設計中需要一差分放大電路，反相輸入和同向輸入相結(jié)合的放大電路，實現(xiàn)求差功能使得穩(wěn)壓后電路電壓可為零，用TL084則可以實現(xiàn)。ii圖3.6 求差電路圖3.7求和電路設計若要使輸入電壓Vo的可變范圍是0到9.9V，步進0.1V，則需要一求和電路完成。此處運用了TL084來對電路進行控制，將個位和小數(shù)點后的數(shù)值相加。電路如圖3.7所圖3.7求和電路圖4電路參數(shù)的估算在三端可調(diào)正穩(wěn)壓器LM317中，討論R的取值計算。穩(wěn)壓器在空載時電流最小，此195V時，為保證額定的輸出電壓值，R的取值應為R=1一=125Q10mAR19取值240O。實際上R的取值通常在120?240O之間。由此可以寫出上述電路的….一…一一 R輸出電壓值計算公式，即U =1.25x(1+~RW)+1adjRwLM317的輸入電壓范圍為U +(U-U)<U<U +(U-U)omaxiomini omin iomin在DCA0832電路中，經(jīng)調(diào)試使輸出電壓更精確，R1取3.36K。，R9取TOC\o"1-5"\h\z2.9KQ,R,R,R,R均取值10KQ,R,R,R,R取值10KQ。5 6 7 8 20 21 22 23在求差電路中取值滿足R18/R17=RJR15=1的關系，輸出電壓可簡化為V=^18(v-V)

oR i2 i117輸入電阻Ri是從輸入點看進去的電阻，當電路中R=R，R=R時，利用虛短17 15 18 16(V-v)T0和虛斷(i=0)的概念。i=-i,則輸入電壓pn i 2 1v-v=iR+(-iR)=2iR，因此輸入電阻為i15 i17 1515 1717 1517R= n=2Rii 1715電阻輸出電阻Ro很小，這可用理想運放的電路模型得到解釋。在輔助電源電阻中估算中，為實現(xiàn)±12V、15V、1.15V供電電源，7812\7812集成三端穩(wěn)壓器實現(xiàn)，電路的輸出電壓Uj應滿足下式.UNUomax+(UI-UO)min+AUz在橋式整流電路中，變壓器，變壓器次級電流與濾波器輸出 電流的關系為：I2=(1.5?2)1產(chǎn)(1.5?2)I°=1.5X0.5=0.75(A).取變壓器的效率q=0.8,則變壓器的容量為1 °P=UI/n=20X0.75/0.8=18.75(W)22選擇容量為20W的變壓器。因為流過橋式電路中每只整流三極管的電流為ID=1/2Imax=1/2IOmax=1/2X0-5=0-25(A)每只整流二極管承受的最大反向電壓為URM=國max=yi2x20x(1+10%)r31(V)選用三極管IN4001，其參數(shù)為：Id=1A,Urm=100V?？梢娔軡M足要求。一般濾波電容的設計原則是，取其放電時間常數(shù)RC是其充電周期的確2?5倍。L對于橋式整流電路，濾波電容C的充電周期等于交流周期的一半，即RCN(2?5)T/2=2?5/2f,L由于3=2nf,故3RlC2(2~5)兀取3RlC=3n則C=3h/wRl其中R=U/I，所以濾波電容容量為C=3nl/2nfU[=(3nx0.5)/2nx50x22=II0.681x103(|jF)綜合考慮波電容可選擇C=4700uF,50V的電解電容。另外為了濾除高頻干擾和改善電源的動態(tài)特性，一般在濾波電容兩端并聯(lián)一個0.01?0.1仃的高頻瓷片電容。^qhhiii^^^^^^^^^^^^^i5特殊元件的介紹5.18421撥碼開關的介紹當8421開關輸入全為低電平的時候，則有00000000對應于0.0,則8421撥碼開關對應的十進制的數(shù)值如下表2表5.18421撥碼開關對應的十進制數(shù)^小數(shù)點后個位000000010010001101000101011001111000100100000.00.10.20.30.40.50.60.70.80.900011.01.11.21.31.41.51.61.71.81.900102.02.12.22.32.42.52.62.72.82.900113.03.13.23.33.43.53.63.73.83.901004.04.14.24.34.44.54.64.74.84.910015.05.15.25.35.45.55.65.75.85.901106.06.16.26.36.46.56.66.76.86.911017.07.17.27.37.47.57.67.77.87.910008.08.18.28.38.48.58.68.78.88.910019.09.19.29.39.49.59.69.79.89.95.2DAC0832集成塊該DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。它的管腳圖如下。

CE WIj CE WIj ——瓣g nil nu c nn 右面. liufi.CS：片選信號輸入線(選通數(shù)據(jù)鎖存器)，低電平有效；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；CS：片選信號輸入線(選通數(shù)據(jù)鎖存器)，低電平有效；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；XFER:數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖(脈寬應大于500ns)有DAC0832具有以下功能：WR1:數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖(脈寬應大于500ns)有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；WR2：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖(脈寬應大于500ns)有效。由WR1、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。D0?D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；(4)(5)(6)效；(7)(8)(9)(10)(11)(12)IOUT1:電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2:電流輸出端2，其值與IOUT1:電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2:電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb:反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度;Vcc:電源輸入端，Vcc的范圍為+5V?+15V；VREF：基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V?+10V；AGND:模擬信號地DGND:數(shù)字信號地明”（V）圖5.2.2DAC0832典型應用明”（V）下面是DAC0832的典型性能特性：圖5.2.3數(shù)字輸入與溫度T（l下面是DAC0832的典型性能特性：圖5.2.3數(shù)字輸入與溫度圖5.2.4增益和線性誤差5.3TL084集成塊的介紹在設計過程中，當數(shù)模轉(zhuǎn)換結(jié)束后，使用一個TL084集成塊對電壓進行。圖5.3.1為TL084集成塊的實物圖，圖5.3.2為TL084集成塊的管腳圖：圖5.3.1TL084的實物圖 圖5.3.2TL084的管腳圖由引腳圖可以看出，它是14腳雙列直插式組件，如②腳和③腳位反相和同相輸入端腳為輸出端④腳和@1腳為正、負電源。下列為TL084典型應用：5.4三段可調(diào)集成穩(wěn)壓器LM317的介紹Lm317是一種常用三端穩(wěn)壓IC，通過2個電阻的比值進行正電壓穩(wěn)壓，可以追加2個二極管構(gòu)建IC保護電路，對于大電流的穩(wěn)壓要加散熱片，要注意它背后的金屬面和輸出口是相連的，設計及組裝時應小心短路。這種單片集成電路是一種可調(diào)三端積極的穩(wěn)壓器設計的供應超過1.5A的負載電流的輸出電壓可調(diào)超過1.2到37V。它采用內(nèi)部電流限制，熱關斷和安全區(qū)的補償。圖5.4.1LM317實物圖 圖5.4.2LM317元件電路圖C1為需要調(diào)節(jié)位于可觀的距離電源濾波器。C2改善瞬態(tài)響應。特征:輸出電流超過1.5A型，輸出可調(diào)至1.2V和37V，內(nèi)部熱過載保護，內(nèi)部短路電流限制，TO-220封裝。其內(nèi)部電路入如下：圖5.4.3LM317內(nèi)部結(jié)構(gòu)卜面是LM317的典型性能特性:

圖5.4.6圖5.4.6壓降圖5.4.7參考電壓圖5.4.8LM317簡單使用采用LM317集成穩(wěn)壓器設計的小功率直流電源，電路結(jié)構(gòu)簡單，效率高，成本低，輸出電壓性能好，有著很好的應用前景。5.5CW7812集成塊的介紹圖5.5.2是CW7812作為輸出電壓Vo固定的典型電路圖，正常工作時，輸入、輸出電壓差為2到3V。電路中靠近引腳處接入電容C「C2電壓差為2到3V。電路中靠近引腳處接入電容C「C2用來實現(xiàn)頻率補償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護二極管，當輸入端短路時，給輸出電容器￡以個放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。3圖5.5.1底部視圖圖5.5.2三端穩(wěn)壓器的典型接法圖5.5.3CW7812實物圖由三端固定輸出穩(wěn)壓器的CW7812由三端固定輸出穩(wěn)壓器的CW7812和理想運算放大器構(gòu)成的穩(wěn)壓電路如圖5.19所示圖5.5.4輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路圖5.5.4為輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路，它由穩(wěn)壓器7812和電壓跟隨器A組成。該電路用A將穩(wěn)壓器于取樣電阻隔離。圖中電壓跟隨器A的輸出電壓等于其輸入電壓V，，o即滿足匕=匕，也就是電阻R1與%上部分的電壓的之和為7812的輸出電壓七，當調(diào)節(jié)R的動端位置時，輸出電壓隨之變化，器調(diào)節(jié)范圍為：pV =V =R1+%+RV;VominR+Rxxomax電子設備中常使用電壓固定的集成穩(wěn)壓器。堂R+RvRxx

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由于它只有輸入、輸出和公共引出端，故稱之為三端穩(wěn)壓器。6系統(tǒng)功能與調(diào)試介紹系統(tǒng)功能本系統(tǒng)通過整流、濾波、穩(wěn)壓以實現(xiàn)提供穩(wěn)定性較高的輔助電源，輸出電流可達到500mA以上，可通過8421撥碼開關在0~9.9V內(nèi)直接調(diào)節(jié)，便能夠得到穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源。且?guī)ж撦d能力強，使其為一種簡單、易操作、成本低、性能可靠的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。調(diào)試介紹輔助電源的安裝調(diào)試在安裝元件之前，尤其要注意電容元件的極性，注意三端穩(wěn)壓器的各端子的功能及電路的連接。檢查正確無誤后，加入交流電源，測量各輸出端直流電壓值。8421數(shù)碼開關調(diào)試加入5V電源，用萬用表測量計數(shù)器輸出端子，分別按動“+”鍵和“-”鍵，觀察輸出的狀態(tài)變化。D/A變換器電路調(diào)試、將計數(shù)器的輸出端Q0?Q3分別接到D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端D0?D3，當Q3?Q0=0000時，調(diào)節(jié)RW1，使運算放大器輸出U02=0V;當Q3?Q0=1111時，調(diào)節(jié)10KQ電位器，使U02=10V?？烧{(diào)穩(wěn)壓電源部分調(diào)試將電路聯(lián)接好，在運算放大器同相輸入端加上0?10v的直流電壓，觀察輸出穩(wěn)壓值的變化情況。將以上各部分電路調(diào)試好后，將整個系統(tǒng)連接起來進行整體調(diào)試。7.設計總結(jié)和體會通過此次的課程設計，我學到了很多知識，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學的體制束縛，在設計的過程中，通過查資料和搜集有關的文獻，培養(yǎng)了自學能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識，這可以說是學習方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學習模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過這次課程設計，我們學會了如何將學到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學會了怎么更好的處理知識和實踐相結(jié)合的問題。在設計的過程中，我也學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學問要一絲不茍，對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在設計過程中，我發(fā)現(xiàn)自己以往存在許多的不足，通過查閱資料后，對我掌握的知識有了更加系統(tǒng)的整理，以往的一些疑問也在這次設計中得到了解決。在設計過程中，我明白了團隊合作的重要性。在工作中要學會與人合作的態(tài)度，認真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事倍功半。一個團隊的力量在這個時候就體現(xiàn)出來了。這次設計讓我知道了分組的意義，不僅是要讓我們好好討論，還要學會如何