数控直流电源设计.doc

成都理工大学工程技术学院毕业论文数控直流电源设计作者姓名：专业名称：电子信息科学与技术指导教师：金作锋 副教授数控直流电源设计摘要本文介绍了数控直流电源的设计，论文研究数控直流电源的设计和实现，采用了有一定输出电压范围和功能的数控电源，并有稳压直流电源电路，具有切换功能的单键加、减计数器，数码管的连接电路以及由两个74LS192级联构成的两位十进制计数器电路组成的数控直流电源。论文首先简要介绍了研究直流数控电源的背景和意义以及它在我们生活中的应用。然后详细介绍了在设计中要用到的各个元器件的功能以及使用方法。最后介绍数控直流电源可行性方案设计以及各个单元模块的设计。本次设计的数控直流稳压电源，可以实现电压在09.9V之间可调，步进0.1的功能。关键词：集成稳压器 直流电源 数控直流电源 稳压电源- 31 -AbstractThis article introduced the numerical control direct-current power supply design, the paper research numerical control direct-current power supply design and the realization, used had certain output voltage scope and the function numerical control power source, and had the constant voltage direct-current power supply electric circuit, had the cut function single bond to add, to reduce the counter, the nixietube junction circuit as well as the numerical control direct-current power supply which was composed by two 74LS192 cascade constitution two decade counter electric circuit.The paper first was brief introduced the research cocurrent numerical control power source background and the significance as well as it lived the application in us.Then introduced in detail must use each primary device function as well as the application method in the design. Finally introduces the numerical control direct-current power supply feasible project design as well as each unit module design.This is a design of Computer Numerical Control direct current voltage-stabilizing project which achieves the function of 0+9.9V adjustable, with steps at 0.1V . Keywords: integrated voltage regulator, DC power supply,CNC DC Power Supply，Power Supplies目录摘要IAbstractII目录III前言11电源概述21.1什么是电源21.2电源的分类及其特点21.2.1 线性稳压电源21.2.2开关稳压电源31.2.3电荷泵电源32直流电源52.1直流电源的组成52.1.1 电源变压器62.1.2 整流电路62.1.3 滤波器62.1.4 稳压电路62.2直流电源的分类及其特点62.2.1 化学电源62.2.2 线性稳定电源72.2.3开关型直流稳压电源72.3直流稳压电源研究背景及意义73数控直流电源设计93.1 总体方案论证93.1.1采用集成稳压器的解决方案93.1.2采用集成功率放大器的解决方案93.1.3采用集成运算放大器与集成稳压器组合的解决方案103.2 单元模块设计113.2.1稳压电路设计113.2.2输入整流滤波电路的设计143.2.3数控电路设计153.2.4输出电压值的数码管显示183.2.5为实现上述各部分电压稳压工作，自制一个稳压直流电源203.2.6用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进为0.1V不变）203.2.7 扩展电压输出波形（如三角波）243.2.8制作与调试253.3 电路参数的计算及元器件的选择253.3.1 稳压电源部分的计算253.3.2对元器件的选择问题263.3.3 特殊器件的介绍264 各单元模块的联接及系统功能28总结29致谢30参考文献31前言随着国际上电子工业和计算机技术的飞速发展，电子产品已与计算机系统紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。以定量估算和电路试验为基础的电子设计方法已经无法适应当前激烈竞争的市场。此次毕业实习、毕业设计第一阶段的主要工作是，学习电源的基础知识，对直流电源的各个组成单元进行分析和讨论，了解各种直流电源的设计方案及其优缺点。第二阶段的主要工作是：在教师的指导下，设计了数控直流电源，该系统是采用应用极其方便的集成稳压器实现，并在集成稳压器的基础上附加所需要的功能。通过对各个部分的设计和实现 ，最终达到了设计目标。通过指导教师的悉心指导和自己的努力，顺利完成了毕业实习、毕业设计的各项工作任务。本文正文内容主要包括四个部分，各部分内容安排如下：第一部分：简要概述了什么是电源以及电源的分类及其特点。第二部分：简要描述了直流电源的组成及直流电源的分类及其特点，并对介绍了直流稳压电源研究背景及意义。第三部分：详细具体的描述了数控直流电源的设计，首先介绍了各个方案的设计其次介绍了所选方案的各个单元模块的设计。第四部分：图示了各个模块之间的联接及系统功能。最后论文对课题内容及成果进行了总结。1电源概述1.1什么是电源把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能。发电机、电池本身并不带电，它的两极分别有正负电荷，由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的)，电荷导体里本来就有，要产生电流只需要加上电压即可，当电池两极接上导体时为了产生电流而把正负电荷释放出去，当电荷散尽时，也就荷尽流(压)消了。干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说，也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。1.2电源的分类及其特点电源分类 根据不同的工作原理可将电源分成三类：线性稳压电源、开关稳压电源及电荷泵电源。它们各自都有一定的特点及适用范围。1.2.1 线性稳压电源线性稳压电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。线性稳压电源是因其内部调整管工作在线性范围而得名。该类电源优点是稳定性高、纹波小、可靠性高、外围元件最少、输出噪声最小、静态电流最小、价格也便宜。缺点是一般认为线性稳压电源的输入电压与输出电压之间的电压差（一般称为压差）大，调整管上的损耗大，效率低。 但近年来开发出各种低压差（LDO）的新型线性稳压器IC，一般可达到达输出100mA电流时，其压差在100mV左右的水平（甚至于到70-80mv的水平），某些小电流的低压差线性稳压器其压差仅几十毫伏。这样，调整管的损耗较小，效率也有较大的提高，因此可延长电池的寿命。 1.2.2开关稳压电源与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源，它的电路型式主要有单端反激式、单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态；开关电源因此而得名。 开关电源的优点是效率高（可以达到8095%）、稳定可靠；缺点相对于线性电源来说成本较高、纹波较大（一般1%VO(P-P)，好的可做到十几mV(P-P)或更小)。1.2.3电荷泵电源电荷泵有三类：开关式调整器升压泵、无调整电容式电荷泵和可调整电容式电荷泵。三类电荷泵的工作过程均为：首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压。开关式调整器升压泵采用电感器来贮存能量，而电荷泵采用电容器。电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升，采用电容器来贮存能量。电荷泵是无须电感的，但需要外部电容器。工作于较高的频率，因此可使用小型陶瓷电容(1F)，使空间占用最小，使用成本低。电荷泵仅用外部电容即可提供2倍的输出电压。其损耗主要来自电容器的ESR(等效串联电阻)和内部开关晶体管的RDS（ON）。电荷泵转换器不使用电感，因此其辐射EMI可以忽略。输入端噪声可用一只小型电容滤除。它输出电压是工厂生产精密予置的,调整能力是通过后端片上线性调整器实现的，因此电荷泵在设计时可按需要增加电荷泵的开关级数，以便为后端调整器提供足够的活动空间。电荷泵十分适用于便携式应用产品的设计。从电容式电荷泵内部结构来看,它实际上是一个片上系统。在便携式产品中，常常利用低压差线性稳压源（LDO）将5V主电源转换为3.3V，LDO具有低成本、小尺寸、低静态电流及易于实现等特点，但其转换效率很低，在这种应用中效率一般为67%。一种可替代的方案是采用降压型开关稳压器，转换效率典型值可达90%，但需要外接电感，占线路板尺寸较大，价格相对较高。另一种解决方案是采用电荷泵，弥补了LDO与开关稳压电源的不足，具有低成本、小尺寸、易实现、转换效率高等特点。电荷泵器件占用的空间要小得多。它们受到青睐，除了可以用于不同的应用以外，还有一个间接的原因就是人们认为基于电感的功率源可能带来不可克服的EMI（电磁兼容性）问题。2直流电源 2.1直流电源的组成能使电路中形成恒定电流的装置，如干电池、蓄电池、直流发电机等，称为直流电源。直流电源有正负两个电极，正极的电势高，负极的电势低；当两个电极与电路连通后，直流电源能维持两个电极之间的恒定电势差，从而在外电路中形成由正极到负极的恒定电流。要使电源两极间的电势差保持恒定必须使在外电路中由正极流到负极的正电荷，在电源内部逆着电场力的方向，由负极返回到正极去。这个过程不能靠静电力，只能靠某种与静电力方向相反的“非静电力”来实现。因此，电源就是一种提供非静电力的装置，通过非静电力做功，把非电能转化为正负电极之间的电势能。表征电源特征的重要物理量有两个：一个是电源电动势E，另一个是电源的内电阻（简称内阻）r0。直流电源的类型很多，不同类型的直流电源，非静电力的性质不同，能量转换的过程也不同。例如，在化学电池中，非静电力来自与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用，化学电池放电时，化学能转化为电能和电路中的内能。在直流发电机中，非静电力来自电磁感应作用，直流发电机供电时，机械能转化为电能和电路中的内能。直流电源一般由图2.1的四个部分组成： 图2.1直流电源的组成 2.1.1 电源变压器电网提供的交流电一般为220V（或380V），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同。因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器，然后将变化以后的副边电压再去整流、滤波和稳压，最后得到所需的直流电压幅值。2.1.2 整流电路整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉冲电压。但是，这种单方向脉动电压往往包括着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。2.1.3 滤波器滤波器有电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。但是，当电网电压或负载电流发生变化时，滤波器输出直流电压的幅值也将随之而变化，在要求比较高的电子设备中，这种情况是不符合要求的。2.1.4 稳压电路稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。2.2直流电源的分类及其特点直流稳定电源按习惯可分为化学电源、线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型：2.2.1 化学电源我们平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉才镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美国研制人员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间长，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。2.2.2 线性稳定电源线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频（50Hz)上，所以重量较大。该类电源优点是稳定性高、纹波小、可靠性高、易做成多路、输出连续可调的成品。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳定电源又有很多种，从输出性质可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种。从输出指示上可分指针指示型和数字显示式型等等。2.2.3开关型直流稳压电源与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源，它的电路型式主要有单端反激式、单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态，开关电源因此而得名。2.3直流稳压电源研究背景及意义直流稳压电源是电子技术常用的设备之一广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多，但均存在以下二个问题：1) 输出电压是通过粗调(波段开关)及细调(电位器)来调节。这样当输出电压需要精确输出或需要在一个小范围内改变时(如1.051.07V)困难就较大。另外随着使用时间的增加 波段开关及电位器难免接触不良 对输出会有影响。2) 稳压方式均是采用串联型稳压电路对过载进行限流或截流型保护电路构成复杂稳压精度也不高。在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节并由电压表指示电压值的大小。因此电压的调整精度不高读数欠直观电位器也易磨损。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。 随着科学技术的不断发展特别是计算机技术的突飞猛进现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源特别是在一些高能物理领域急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。 电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。 早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势，因而无法被广泛采用。 由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。 现今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制。从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能。基本实现了直流电源的无人值守。3数控直流电源设计3.1 总体方案论证3.1.1采用集成稳压器的解决方案以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，这样控制电路部分不仅可以大大简化，而且也避免了单片机工作对稳压电源造成的电磁干扰，输出电压数字显示部分最简单的方法就是直接用数字电压表头。3.1.2采用集成功率放大器的解决方案采用集成功率放大器构成直流稳压电源，可以将集成功率放大器构成反比例放大器或同相比例放大器，在功率放大器的输入端接可调电压基准即可。这种实现方式的理论依据是集成功率放大器实际上是集成运算放大器的一个特例，完全可将集成功率放大器作为集成运算放大器使用，需要附加的是将调零电路。采用集成功率放大器构成的直流稳压电源如图3.1所示。图3.1采用集成功率放大器构成的直流稳压电源图3.1 中TDA2030A的1脚所接的电路为调零电路。通过单片机的程序设计，这个电路可以得到设计要求的全部功能，也可以实现设计要求以外的功能，如正负电压输出等。3.1.3采用集成运算放大器与集成稳压器组合的解决方案 （1）基本思路 也可以用集成运算放大器控制集成稳压器，通过集成运算放大器输出电压的改变实现集成稳压器的基准电压端（如LM317的调节端）的电压调节，进而得到设计要求的电压范围和输出电压步进。（2）稳压电路的设计利用集成运算放大器与集成稳压器组合实现的直流稳压电源的实际电路，如图3.2所示。图3.2利用集成运算放大器与集成稳压器组合实现的直流稳压电源的实际电路根据以上三种方案的比较，考虑到降低成本和方案的有效实施，我们采用第一种集成稳压器的方案。3.2 单元模块设计3.2.1稳压电路设计根据设计对输出电压、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的引脚功能及典型应用电路如图3.3所示。图3.3 LM317典型应用电路 LM317的主要技术指标见表3.1.表3.1 LM317的主要技术指标参数最大输入电压（v）静态电流（uA）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%从表3.1中可以看到，LM317完全可以满足设计的稳压性能要求。采用LM317构成的步进为0.1V，输出电压范围为09.9V的稳压电源部分如图3.4所示。图3.4 输出电压范围为09.9V的稳压电源部分电路为了实现输出电压从09.9V以0.1步进调节，输出电压调节网络可以用8组电阻实现，分别0.1V、0.2V、0.4V、0.8V、1V、2V、4V、8V。是当集成稳压器的输出端与调节端所连接的电阻阻值选625（对以500/V）时， 0.1V、0.2V、0.4V、0.8V、1V、2V、4V、8V的调节电阻的阻值分别为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K0.1、K0.2、K0.4、K0.8、K1、K2、K4、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压检测电阻短接，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电，将得到对应的输出电压。 例如，需要输出电压为2.5V，对应的BCD码应该为00100101，即整数电压位应该是0010，继电器K2得电，将常闭触电断开，切换到常开触电，使1K电阻起作用；小数位电压应该是0101，继电器K04和继电器K01得电，使继电器K04和继电器K01将常闭触电断开，切换到常开触电，使200电阻和50电阻起作用。这时的输出电压检测电阻为1250，是输出端与调整端并接625的两倍，输出端对调整端电压为1.25V，忽略调整端电流（50uA2mA）对应的输出电压检测电阻1250的电压则为2.5V.稳压电路对调整端电压检测电子的负端电压为3.75V.由于输出电压检测电阻的负端对GND的电压为-1.25V,扣除这个-1.25V，输出电压为2.5V,其他数值的输出电压以此类推。如果输出电压检测电阻的参考端接GND,LM317的最低输出电压则为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），不能满足设计的0+9.9Vde基本要求。因此为了获得0V的输出电压，输出电压检测电路的参考端因接在-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电路的地方，在输入端和GND 端接旁路电容器，旁路电容器的电容量可以在0.110uF之间，并要求旁路电容器的等效串联电阻（ESR）要小，通常选用陶瓷电容器。3.2.2输入整流滤波电路的设计由于设计对稳压电源的滤波没有要求，在设计时可以不考虑如何提高效率的问题，因此，在设计时仅仅考虑满足功能即可。根据整流二极管的额定电流应为输出电流平均值的310倍的规则整流器可以选择额定电流为3A的IN5400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。整流滤波电容器可以选择25V/2200uF或25V/3399uF，这样可以获得比较低的整流输出纹波电压。当然，如果非要选择25V/1000uF或25V/470uF也不是绝对不可，但是这样可能会使整流输出纹波电压变大，并且一定要将整流变压器的次级电压选得比较高才能避免稳压电路的输出电压塌波。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3.5。图3.5 输入整流滤波电路3.2.3数控电路设计采用加减计数器，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驱动继电器的电磁线圈，通过继电器的动作实现电压检测电阻的切换，实现输出电压的控制。计数器应该选择十进制加减计数器，可以选择74LS192 。采用TTL逻辑电路而不采用CMOS数字电路的原因是TTL逻辑电路的输入阻抗低，具有良好的抗外界电磁场干扰能力，而CMOS数字电路的输入阻抗极高，很容易被外界电磁场所干扰而误操作动作，这就是电子技术基础“数字部分”近30年来一直在讲TTL逻辑电路而很少讲CMOS数字电路的根本原因。采用两个74lS192级联构成两位十进制计数器，实现0.00.9V和1.09.0V的切换，由两个74LS192级联构成两个十进制计数器电路。低位计数器输出Q0、Q1、Q2、Q3分别提供0.1V、0.2V、0.4V、0.8V的控制信号；高位计数器数去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；为了防止按钮过程中出现振铃现象，在计数器加计数、减计数时钟脉冲端与加、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3.6图3.6 采用两个74LS192级联构成的两位十进制计数器电路图3.6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、减计数的溢出，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1001 1001，应禁止继续加计数；同样，计数器一旦出现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1001 1001和0000 0000.由于要实现的电路不是高速电路，可以用最基本的二极管逻辑电路实现，其电路如图3.7所示。图3.7 二极管逻辑电路图3.7为防止减计数溢出控制电路。当计数器输出为0000 0000时，防止减计数器溢出控制电路的全部输入为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8位，8个二极管全部“关断”。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级跟随器。当跟随器输出高位时，经过反相器转换为低电位送到减计数控制逻辑控制的“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。同理为防止加计数溢出控制电路。当计数器输出为1001 1001时，防止加计数溢出控制电路的全部输入为1001 1001.其中0.2、0.4、2、4直接送到二极管逻辑电路的输入，其余的0.1、0.8、1、8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，降低对前级的负载效应，二极管逻辑输出接晶体管射级跟随器。当跟随器输出为高电位时，经过反相器转换为低电位送到加计数控制逻辑控制的“与非门”，封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3.7电路移植到图3.6电路中，将防止加计数溢出控制电路替代图3.6的加计数按键将防止减计数溢出控制电路替代图2.6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3.8所示。图3.8 具有限制加、减溢出功能的两位十进制加、减计数器3.2.4输出电压值的数码管显示输出电压值的数码管显示，可以从数字控制预置端BCD码转换为七段数码港需要的译码电路后再接LED数码管，BCD/7段译码IC可以选择TTL中的74LS47的输出级是开路集电极输出，对应的数码管应选用共阳极数码管。只要输出电压能精确地反映控制值，这种方法在正常状态下（输出短路、过热关闭除外），数码管显示的数值就是输出电压值。数码管的连接方式如图3.9所示，其电路如图3.10所示。图3.9 数码管的连接方式图3.10 数码管的连接电路3.2.5为实现上述各部分电压稳压工作，自制一个稳压直流电源稳压直流电源，输出电压为15V,+5V.可以用电源变压器、整流器、LM7815、LM7915、LM7805构成，其电路图如图3.11所示。图3.11 稳压直流电源电路3.2.6用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进为0.1V不变）实体的发挥部分要求用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化可以将原有的两位十进制计数器通过修改成为可循环计数器，利用逻辑电路控制加、减计数工作方式。其计数方式为，当计数达到1001 1001时，加、减计数控制将加计数模式切换到减计数工作模式；同样，当计数达到0000 0000时，加、减计数控制将减计数模式切换到加计数工作模式。手工按键加、减计数模式切换电路如图3.12所示。图3.12 手工按键加、减计数模式切换电路在图3.12中，仅需要一个按键就可以实现扫描功能如图3.13所示，但是加、减计数功能丧失。若获得加、减计数功能可以在U3、U4设置加、减计数控制按键，如图3.14所示。图3.13可以实现扫描功能的电路 图3.14 具有切换功能的单键加、减计数器实现自动扫描代替人工按键的方法可以采用多谐振荡器替代人工按键开关，其电路如图3.15所示。图3.14、图3.15电路中的K0.1、K0.2、K0.4、K0.8、K1、K2、K4、K8分别为继电器K0.1、K0.2、K0.4、K0.8、K1、K2、K4、K8的电磁线圈。控制继电器电磁线圈的晶体管可以选择9014，所有电阻可以选择3.3k，并接在继电器电磁线圈的二极管可以选取1N4148或1N4007。电路的电源电压Vcc为5V。图3.15 自动扫描控制电路图3.15中电路可以实现扩展输出电压种类（三角波）的功能，调节U12构成的多谐振荡器频率，就可以调节输出三角波电压的频率，输出电压的频率为多谐振荡器频率的1/100. 同时，三角波输出电压实际上是近似于三角波的阶梯波。3.2.7 扩展电压输出波形（如三角波）如果需要输出电压为其他电压波形。最好的方法应该是采用集成功率放大器。用方波/三角波发生电路输出接到集成功率放大器的输入端，就可以在集成功率放大器的输出得到相应的功率三角波输出，其电路如图3.16所示。图3.16功率三角波电压电路3.2.8制作与调试由于稳压电路比较简单，数字控制电路的实际运行速度非常低。稳压电路可以在“万能电路板”上实现。需要注意的是，所有的旁路电容器必须靠近集成稳压器，并且用最短的连线。数字控制电路也可以用“万能电路板”或“面包板”实现。3.3 电路参数的计算及元器件的选择3.3.1 稳压电源部分的计算需要输出电压为1.5V时，对应的BCD码应该为00010101，即整数电压位应该是0001，继电器K1得电，将常闭触点断开，切换到常开出点，使500电阻起作用；小数位电压应该是0101，继电器K04和继电器K05得电，使继电器K04和继电器K01将常闭触点断开，切换到常开触点，使20电阻和50电阻起作用。这时的输出电压检测电阻为750，是输出端与调整端并接625的1.2倍，输出端对调整端电压为1.25V，忽略调整端电流（50uA2mA）对应的输出电压检测电阻750的电压则为1.5V。稳压电路对输出电压检测电阻的负端电压为2.75V。由于输出电压检测电阻的负端对GND的电压为-1.25V，扣除这个-1.25V，输出电压为1.5V，其他数值的输出电压依次类推。如果输出电压检测电阻的参考端接GND，LM317的最低输出电压则为1.25V（这是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），不能满足试题的0+9.9V的基本要求。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。3.3.2对元器件的选择问题整流变压器容量为30VA，次级输出电压约5V的。和具有中心抽头的15V的。采用LM7801、LM7915、LM7905分别整流出+15V，-15V，+5V的直流电压。要求继电器的接触电阻小于1。由于继电器具有电感性质，够继电器旁并联二极管1N4148形成回路，以免烧坏继电器。计数器应选择十进制加减计数器，可以两个74lS192级联构成两位十进制计数器，实现0.0-0.9V和1.0-9.0V的切换。 采用74LS47译码器和共阳极数码管来显示电压值。3.3.3 特殊器件的介绍当整流滤波电容器远离稳压器电路时，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