《数字逻辑》数控直流稳压电源课程设计

精品文档 1欢迎下载 目录 1 摘要 3 2 技术指标与要求 3 3 正文 3 3 1 基本思路 3 3 2 稳压电路设计 4 3 3 数控电路设计 5 3 4 输出电压值的数码管显示 7 3 5 自制稳压电源 8 3 6 部分主要电路仿真 8 4 元器件明细表 10 5 参考文献 14 6 收获与体会 15 7 鸣谢 16 精品文档 2欢迎下载 数控直流稳压电源 一 摘 要 随着电源技术的不断发展 数控稳压电源成为电源研究的领 域的热门对象 其突出特点是数控特性 本文所述电路是在基本 稳压电路的基础上 附加电压调节电路 数字显示等电路 设计 并制作了有一定输出电压调节范围和功能的数控直流电源 本电 路输出电压控制部分选用计数器控制继电器切换输出电压检测电 阻的方式 此方法不仅大大简化了电路 并且避免了使用单片机 造成的对稳压电源的电磁干扰 关键词 整流 滤波 稳压 数字控制 辅助电源 二 主要技术指标与要求 1 设计一一可以通过数字量输入来控制输出直流电压大小的直流稳 压电源 2 能够输出 0 10V 步进 1V 3 输出电流 500mA 4 输出电压值由数码管显示 精品文档 3欢迎下载 三 正文 1 1 基本思路基本思路 实现稳压电源最简单的方法就是采用集成稳压器 如果是输出电 压可调的电压精确控制 则选用输出电压可调的集成稳压器 如 正电压输出的 LM317 和负电压输出的 LM337 在选用 LM317 为基 本稳压电路的基础上 附加电压调节电路 数字电压显示电路 输出电压部分选用计数器控制继电器切换输出电压检测电阻的方 式 原理如图 1 1 所示 图 1 1 数控电源原理示意图 2 2 稳压电路设计稳压电路设计 1 1 稳压电路设计 稳压电路设计 根据输出电压 电流的要求 可以选用输出电压可调的通用集成 稳压器 LM317 LM317 的主要技术指标见表 1 1 表 1 1 LM317 的主要技术指标 1 参数最大输入电压 V 静态电压抑制比 dB 纹波电压抑制比 dB 源效应 V 输出电压随结温变化 V 典型值 50660 01 0 005 最大值 40100800 04 按键 过流保护 输出电路 数控部分 电路 自制稳压 电源 显示电路 精品文档 4欢迎下载 采用 LM317 构成的步进为 1V 输出电压范围为 0 10V 的稳压电 源部分电路如图 1 2 所示 图 1 2 输出电压范围为 0 10V 的稳压电源部分电路 1 为了实现输出电压从 0 10V 以 1V 步进调节 输出电压调节 网络可以用 8 组电阻实现 分别是 0 1V 0 2V 0 4V 0 8V 1V 2V 4V 8V 当集成稳压器的输 出端与调节端所连接的电阻值选 625 对应 500 V 时 0 1V 0 2V 0 4V 0 8V 1V 2V 4V 8V 的调节电阻分别为 50 100 200 400 500 1k 2k 4k 每组 电阻两端并接小型继电器或微型继电器 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 k8 要求继电器的接触电阻小于 1 继电器的常闭触点将各输出电阻短接 也就是说 所有继 电器的电磁线圈均不得电时 输出电压为零 随着不同继电器电 磁线圈的得点 电 将得到对应的输出电压 如果输出电压检测电阻的参考端接 GND LM317 的最低输出 精品文档 5欢迎下载 电压则为 1 25V 这时 LM317 的调节端接 GND 正常工作状态下 输出端对参考端的电压为 1 25V 也就是输出端电压对 GND 的电 压为 1 25V 不能满足电压在 0 10V 的要求 因此 为了获得 0V 的输出电压 输出电压检测电路的参考端应接在 1 25V 的电 压基准上 以抵消 LM317 的输出端与基准端的 1 25V 的影响 需要注意的是 当整流滤波电容器远离稳压电路时 需要在 靠近稳压电路特别是集成稳压器的地方 在输入端和 GND 端接旁 路电容器 2 输入整流滤波电路的设计 根据滤波二极管的额定电流应为输出平均电流的 3 10 倍的 规则 整流器可以选择额定电流为 3A 的 1N5402 系列整流二极管 为了简化整流变压器 可以选用桥式整流电路 整流滤波电容可以选择 25V 2200uF 或 25V 3300uF 这样可 以获得比较低的整流输出纹波电压 整流变压器可以选择黑白电视机的电源变压器 容量为 30VA 次级输出电压约 15V 输入整流滤波电路如图 1 3 所示 精品文档 6欢迎下载 图 1 3 输入整流滤波电路 3 3 数控电路设计数控电路设计 为了降低难度 采用数字电路实现输出电压的控制 基本思 路是 采用加减计数器 通过加减键实现加计数或减计数 将计 数器的输出通过开关管通过驱动继电器的电磁线圈 通过继电器 的动作实现检测电阻的切换 实现输出电压的控制 计数器应选择十进制加减计数器 可以选择 74LS192 采用 两个 74LS192 级联构成两位十进制计数器 实现 0 10v 的切换 低位计数器输出 Q0 Q1 Q2 Q3 分别提供 1V 2V 4V 8V 的控 制信号 高位计数器输出 Q0 Q1 Q2 Q3 分别提供 1V 2V 4V 8V 的控制信号 采用按键作为步进加 步进减的 控制按钮 为了防止按键过程中出现振铃现象 在计数器加计数 减计数脉冲端与加 减计数按钮之间接入施密特触发器 74LS14 可以消除振铃现象 采用两个 74LS192 级联构成的两位十进制计数器电路如图 1 4 所 示 精品文档 7欢迎下载 图 1 4 采用两个 74LS192 级联构成的两位十进制计数器电路 1 图 1 4 中 1V 以下计数器 74LS192 的时钟可以由 两键分别控制输出电压步进增减 1V 以上计数器 74LS192 的加 减计数时钟则由低位的进 借位输出提供 为了防止加 减计数溢出 需要设置防止加 减计数溢出电 路 基本思路是一旦计数器输出为 1010 0000 应禁止继续加计 数 同样 一旦出现 0000 0000 应禁止继续减计数 按这个思 路可以利用 与门 也可以是 与非门 检测 1010 0000 和 0000 0000 如果感觉找不到 8 输入的 与门 与非门 由于 要实现的电路不是高速电路 可以用最基础的二极管逻辑电路来 实现 其电路如图 1 5 所示 精品文档 8欢迎下载 1 5 二极管逻辑电路 图 1 5 a 为防止减计数溢出控制电路 当计数器输出为 0000 0000 时 防止减计数溢出控制电路的全部输出为为 0000 0000 经过反相器后 在二极管逻辑电路的二极管输入端为高电 位 8 个二极管全部 关断 为了提高输出驱动能力 降低对 的负载效应 二极管逻辑输出接晶体管射极跟随器 当跟随器输 出高电位时 经过反相器转换为低电位送到减计数控制的 与非 门 封锁减计数控制逻辑控制的 与非门 实现减计数溢出的 防止 图 1 5 b 为防止加计数溢出控制电路 当计数器输出 为 0000 1000 时 防止加计数溢出的控制电路的全部输入为 0000 1000 为了提高输出驱动能力 降低对前级的负载效应 二极管逻辑输出接晶体管射极跟随器 当跟随器输出高电位时 经过反相器转换为低电位送到加计数控制逻辑的 与非门 封 精品文档 9欢迎下载 锁加计数控制逻辑控制的 与非门 实现加计数溢出的防止 将图 1 5 电路移植到图 1 4 电路中 将防止加计数溢出控制电路 替代图 1 4 的加计数按键 将防止减计数溢出控制电路替代图 1 4 的减计数按键 就可以得到完整的稳压电源步进加 减控制电路 如图 1 6 所示 图 1 6 具有限制加 减溢出功能的两位十进制加 减计数器 精品文档 10欢迎下载 4 4 输出电压值的数码管显示输出电压值的数码管显示 图 1 9 数码管的连接电路 5 5 为实现上述各部分电路稳定工作 自制一个稳压直流 为实现上述各部分电路稳定工作 自制一个稳压直流 电源电源 稳压直流电源 输出电压为稳压直流电源 输出电压为 15V 15V 5V 5V 可以用电源变压 可以用电源变压 器 整流器 器 整流器 LM7815LM7815 LM7915LM7915 LM7805LM7805 构成 其电路如构成 其电路如 图图 1 101 10 所示 所示 1 10 稳压直流电源电路 精品文档 11欢迎下载 1 1 数字电路仿真实现 数字电路仿真实现 2 2 控制电路的仿真实现控制电路的仿真实现 如图所示 采用了两个按键 分别为 和 一 用来调节 设定电压 可以以 1V 的步进增加或减少 按下 和 一 键 产 生的脉冲输入到 74LSl92N 的 CP 的 UP 或 DOWN 端来控制 74LSl92N 的输出是作加计数还是减计数 精品文档 12欢迎下载 4 总体电路图仿真实现总体电路图仿真实现 U1 LM317AH LINEVREG COMMON VOLTAGE U2 LM337H LINEVREG COMMON VOLTAGE C1 1uF C2 1uF C3 1uF R1 625 C4 1uF C5 1uF R2 50 R3 100 R4 200 R5 400 R6 500 R7 1k R8 2k J1 Key Space J2 Key Space J3 Key Space J4 Key Space J5 Key Space J6 Key Space J7 Key Space J8 Key Space R9 4k U3 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U4 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U5A 74LS04N U6A 74LS04N U7A 74LS03N U8A 74LS03N J9 Key A U11A 74LS04N Q1 2N3903 D6 1N4097 D7 1N4097 D8 1N4097 D5 1N4097 D4 1N4097 D3 1N4097 D2 1N4097 D1 1N4097 U9A 74LS04N U10A 74LS04N U12A 74LS04N U13A 74LS04N R10 3 3k VCC 5V VCC 5V D9 1N4097 D10 1N4097 D11 1N4097 D12 1N4097 D13 1N4097D14 1N4097 D15 1N4097 D16 1N4097 R11 3 3k Q2 2N3903 R12 3 3k R13 3 3k U14A 74LS04N J10 Key A 0 0 0 32 VCC 31 30 29 0 28 VCC 23 27 26 25 24 22 21 20 19 18 17 1615 6 4 1 U19 A B C D E F G CK 10 U17 74LS47N A 7 B 1 C 2 D 6 OA 13 OD 10 OE 9 OF 15 OC 11 OB 12 OG 14 LT 3 RBI 5 BI RBO 4 U18 74LS47N A 7 B 1 C 2 D 6 OA 13 OD 10 OE 9 OF 15 OC 11 OB 12 OG 14 LT 3 RBI 5 BI RBO 4 VCC 5V VCC 5V VCC VCC 42 44 45 4647 48 49 U20 A B C D E F G CK 50 51 52 53 54 55 56 U21 LM7815CT LINEVREG COMMON VOLTAGE U22 LM7915CT LINEVREG COMMON VOLTAGE U24 LM7805CT LINEVREG COMMON VOLTAGE D17 1N5388B D18 1N5388B D19 1N5388B D20 1N5388B D21 1N5388B C6 2 2mF IC 25V D22 1N4097 58 C7 100uF IC 16V C8 100uF IC 16V C9 2 2mF IC 25V D23 1N4097 D24 1N4097 C10 100uF IC 16V 64 D25 1N5388B D26 1N5388B D27 1N5388B C11 2 2mF IC 25V 68 0 57 0 T1 1 0 1 2 3 4 5 66 65 60 61 V1 220 Vrms 60 Hz 0 63 67 2 VCC 5V VCC VCC 5V VCC 0 11 14 33 34 35 36 7 5 8 9 37 38 39 40 不明原因使得该电路未能仿真成功 精品文档 13欢迎下载 四 元件选择四 元件选择 74LS4774LS47 图 图 1 1 74LS19274LS192 图 图 2 2 74LS1474LS14 LM317LM317 LM337LM337 图 1 74LS47 功能表 精品文档 14欢迎下载 图 2 74LS192 功能表 五 收集和阅读的资料及参考文献 1 全国大学生设计竞赛获奖作品汇编 全国大学生设计 竞赛组委会编 第一版北京理工大学出版社 2004 2 数字电子技术基础 林涛 第一版 清华大学出版社 2006 六 收获与体会六 收获与体会 在本次设计过程中 电路中采用了模拟器件和数字 器件 所以需要 5V 和 15V 电源供电 本设计输出的 电压稳压精度高 可以用在对直流电