题 目： 简易数控直流电源

1、题 目： 简易数控直流电源简易数控直流稳压电源设计简易数控直流稳压电源设计摘要摘要 随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，可用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计，没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A 转换器

2、，译码显示等电路；具有控制精度高，制作比较容易等优点。 关键词关键词 稳压电源；数控；数模转换；可逆计数题目题目 设计设计简易数控直流电源 1. 基本功能实现： （1） 可输出电压：范围09.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV。 （2） 可输出电流： 500mA。 （3） 可输出电压值由数码管显示。 （4） 由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减。 （5） 为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源。 2方案比较与选择 方案一：A/D和D/A 采用A/D和D/A构成直流电源的电路如图a和图b所示。采用单片机构成直流电源的电路如图2.3所示，利用AVR单片机自带的D/A口DAC0输出02

3、.5V的电压，然后经一级反相放大器和跟随器，此时可以输出0到5V电压。但是因为A/D变换器只能采集0到+2.56V的电压，所以再在跟随器后面加一级反相放大器器然后送回到A/D采样，MCU比较发现DAC0输出为正确电压时，则从跟随器后直接输出电压，这样就可以输出0到-5V的电压了。当需要正相电压时从DAC1口输出电压，这时就不需要反相，其它原理与DAC0相似。 优点：精确度高，纹波小，效率和密度比较高，可靠性也不错。 缺点：电路相对复杂，AVR单片机的IO口不能容忍负电压，否则会被损坏。所以，这种方案也行不通。方案二：采用数字电位器与运放到组合 如图2.4所示，在该方案中我们用两个数字电位器代替

4、了MCU中的D/A，这样可以降低成本，同时简化电路，从两个串连的数字电位器可以直接输出-5V到+5V的电压同上面方案一样，当输出反相电压时在送电压回A/D采样时要先经过一次反相。但同样存在上面的问题。 优点：电路结构更简单，降低了成本 缺点：因为数字电位器电阻误差大，且单片机的A/D口容易损坏。图 b 数字电位器与运放电路 方案三：采用可逆计数器、D/A转换器及稳压电路 采用74LS192,74LS248,DAC0832及7815，7915，7805等进行数显，稳压设计。输出电压的大小通过“+”、“-”两键操作，控制可逆计数器分别作加、减计数，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动

5、数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入转换电路，转换器将数字量按比例转换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制调整输出级输出所需的稳定电压。 设计框图如下： 经过比较，与实际情况相结合，方案四既简单，稳定度好，能很好的实现数控功能。本设计采用方案三。3系统硬件设计 3.1 工作原理 两按钮开关作为电压调整键与可逆计数器的加计数和减计数输入端相连，可逆计数器采用两片十进制同步加/减计数块74LS192级联而成，把第一块的进位和借位输出端分别接到下一组的加计数端和减计数端。两级计数器总计数范围从00000000至10011001（即0到99）数显译码驱动采用两块74LS48集成块，74LS48

6、为四线七段译码器驱动器，内部输出带上拉电阻，它把从计数器传送来的二十进制的8421码转换成十进制码，并驱动数码管显示数码。 数模转换电路采用两块DAC0832集成块，它是一个8位数模转换器，这里只使用高4位数字量输入端。由于DAC0832不包含运算放大器，所以需要外接一个运算放大器相配，才构成完整的DAC，低位DAC输出模拟量经9:1的分流器分流后与高位输出模拟量相加后送入运放，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采用具有调零端的低噪声高速率优质运放NE5534。 调整输出级采用运放作射极跟随器，使调整管的输出电压精确地与转换器输出电压保持一致。调整管采用大功率达林顿管，

7、确保电路的输出电流值达到设计要求。具体电路如下：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:25-Jun-2010Sheet of File:E:学习MyDesign.ddbDrawn By:Vcc20Iout111lsbDI07Iout212DI16DI25Rfb9DI34DI416Vref8DI515DI614msbDI713ILE19WR218CS1WR12Xfer17U4DAC0832Vcc20Iout111lsbDI07Iout212DI16DI25Rfb9DI34DI416Vref8DI515DI614msbDI713ILE19

8、WR218CS1WR12Xfer17U1DAC0832abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS2AMBERCA32618574U7NE553432618574U?NE55343DD15D1K1K4.7KRF500100900RE2500RE1500100ufabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS1AMBERCACLR14UP5DWN4LD11CO12BO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD7U574LS192CLR14UP5DWN4LD11CO12BO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD7U674LS192BI/RBO4RB

9、I5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g14U274LS48BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g14U374LS48VCCVCCGNDGNDRW10K1K+-GNDVCCVCCVCCVCCGNDGNDUINERU0ER 3.2 3.2 硬件电路设计硬件电路设计 1.“+”, “-”键控制的可逆计数器的设计 此部分电路主要用两按钮开关作为电压调整键，与可逆计数器的加计数CPU 时钟输入端和减计数CPD 时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同 步加/减计数集成块74LS192 级联而成。 74LS192 是双时钟，可预置数，

10、异步复位，十进制（BCD 码）可逆计数器。 与之功能相同的还有其它芯片，比较容易找到。 1.1 工作原理 由于输出电压从 0V 到 9.9V 可以调节，所以 74LS192 两计数器总计数 范围从 00000000 到10011001（即099）,而74LS192 本身为十进制可逆计 数器，所以只需两块这样的芯片级联就可以达到目的。PL是低电平有效的预置 数允许端，PL=0 时，预置数输入端P0P3 上的数据被置入计数器。MR是高电 平有效的复位端，MR=1 时，计数器被复位，所有输出端都为低电平。CPU 是加计数时钟，CPD 是减计数时钟，当CPU=CPD=1 时，计数器处于保持状态，不计数

11、。当CPD=1，CPU 由0变为1时，计数器的计数值加1；当CPU=1，CPD 由0变1时，计数器的计数值减1。TCU 是进位输出端，当加计数器达到最大计数值时，即达到9 时，TCU 在后半个时钟周期（CPU=0）内变成低电平，其他情况均为高电平。TCU 是借位输出端，当减计数器计到零时，TCD在时钟的后半个周期（CPD=0）内变成低电平，其他情况下均为高电平。为实现100 进制的计数可把第一块芯片的TCU，TCD 分别接后一级的CPU，CPD 就可以级联使用，这就达到了099 的计数 1.2 元件的选择 74LS192 是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD 码）可逆计数器， 还可选用

12、54HC192，54HCT192，74HC192，74HCT192 等。 2.数字显示电路的设计 2.1 工作原理 数字显示驱动采用两块74LS48 芯片，74LS248 为四线七段译码驱动器，内 部输出带上拉电阻它把从计数器传送来的二十进制码，驱动数码管显示数码。 74LS48，七段译码器，输出高电平有效，适合于共阴极接法的七段数码管使用 A3，A2，A1，A0，为8421BCD 码输入，a,b,c,d,e,f,g 为七段数码输出，LT 为 试灯输入信号，用来检查，数码管的好坏，IBR 为灭零输出信号，用来动态灭零， IB/QBR 为灭灯输出信号，该端既可以作输入也可以作输出，具体工作如下真

13、值 表所示。 2.2 原件选择 与74LS48 功能相同的还有，74LS247，7CD4511 等。 3.D/A 转换电路（数模转换器）的设计 DAC0832 工作原理介绍 数模转换电路，采用两块DAC0832 集成块，它是一个8 位数/模转换电路， 这里只使用高4 位数字量输入端。由于DAC0832 不包含运算放大器，所以需要 外接一个运算放大器相配，才构成完整的D/A 转换器，低位DAC 输出模拟量经 9：1 分流器分流后与高位DAC 输出模拟量相加后送入运放，具体实现，由900 和100的电阻相并联分流实现，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比 的模拟输出电压，运放采用具有调零的低噪声

14、高速优质运放NE5534。当 ILE=1,CS=0,WR=0，输入数据d7d0 存入8 位输入寄存器中，当WR2=0，XFER=0 时，输入寄存器中所存内容进入8 位DAC 寄存器并进行D/A 转换。DAC0832 最具特色是输入为双缓冲结构，数字信号在进入D/A 转换前，需 经过两个独立控制的8 位锁存器传送。其优点是D/A 转换的同时，DAC 寄存器 中保留现有的数据，而在输入寄存器中可送入新的数据。系统中多个D/A 转换 器内容可用一公共的选通信号选通输出。4 4系统软件设计系统软件设计 5 5系统调试系统调试 调节步骤如下： 1）输入数字00000000，短接RE1、RE2、RF，调运

15、放调零点位器Rw,用数字万用表检测，使输出电压u0=01mv. 2)输入数字10011001，调整RE1、RE2、RF，使输出u0达到预定的满量程值9.9v. 改进措施 本电源输出电压大小尚受限制，在需要较高输出电压时，在不改变调节精度（即步进值）的前提下，只要增加计数器的级联数和相应转换器的个数，扩大数显指示范围，配合选用高电压输出运放，就能轻易地满足要求。当需要正负对称输出电压时，只要另增一组电源，对转换器及调整输出电路稍作改动即可达到目的。 6系统电路存在的不足和改进的方向 系统电路只是完成了简单的数控功能,还存在很多不完善的地方,还有很多地方 是能够扩展和创新的比如: （1） 输出电压可预置在09.9v之间的任意一值。 （2） 用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变