简易可编程直流稳压电源的设计方案

1、 /24目录第一部分系统设计设计题目及要求3总体设计方案3设计思路3方案论证与比较4第二部分单元电路设计单元电路及其工作原理或功能说明10单元电路元件的选取与计算19第三部分整机电路整机电路图21元件清单22第四部分性能指标的测试电路调试23测试仪器与设备23功能指标测试及测量数据23故障分析及处理244.2电路实现的功能和系统使用说明24第五部分课程设计总结25第一部分系统设计设计题目及要求设计题目：设计制作一个简易的可编程直流稳压电源。1、基础功能：1）可实现5v、9v、12v和15v的可编程直流稳压电源；2）负载电流：IO=500mA；3）纹波电压：VO10mV；4）采用单15V变压器作

2、电源输入。2、发挥部分：1）对指定的任意一种电压进行选择和保持，保持时间为4S，保持后返回巡回状态。1/3Vcc低导通1V2/3Vcc1/3Vcc不变不变1V2/3VccV1/3Vcc高截至12/3VccV1/3Vcc高截至2.1.24S保持电路2.1.2.1电路工作原理2.1.2.1电路工作原理对输出电压和数码管显示的任意增益保持4秒，用NE555构成单稳态触发器来对计数器进行保持。单稳态触发器有如下几个特点：单稳态触发器有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；3暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉

3、冲的宽度和幅度无关。由于单稳态触发器有以上几个特点，所以用它来实现选择任一档位保持4秒后，再回到原来的档位循环之中。2.1.2.2器件说明器件说明与2.1.1.2相同2.1.3计数电路电路工作原理74LS161计数器对由NE555构成的多谐振荡器所产生的时钟进行计数，其输出为四位二进制数。因为一共有4个电压档次，所以我们只需用到输出的后两位按照00，01，10，11循环，并用0、1、2、3显示。71LS161还具有计数保持功能，当555保持电路输出4S低电平到计数器保持控制端时，计数器输出端会保持四秒不变。由于保持信号低电平有效，所以在输入保持信号时要与一个74LS00的与非门连接。将产生的4

4、s高电平信号转换为低电平信号。2.1.3.2器件说明芯片管脚图：vccCoQoQiQ2QsTLD1|2|3|4|5|6|7|8RCPABCDPGND74LS161功能表：CP凶EPET工作状态J0置零ri10B预置数j1101保持j11B0保持但C=0)ri1110计数2.1.4逻辑门电路2.1.4.1电路工作原理门电路只要有两部分功能，其中一部分用来检测按键状态，当有按键按下时门电路最终输出高电平到NE555的触发端使其输出4S的高电平脉冲，再经与非门反相后输出到计数器保持端使计数器暂停计数。另外一部分门电路用来检测不同按键的接通从而输出对应的两位二进制数到计数器的预置数端并使能计数器的预置

5、数功能，最终计数器输出对应二进制数值使电压输出为对应值同时数码管显示对应的数字。2.1.4.2器件说明芯片管脚图：陶u4A!14p34B4YTTTT3Y10陶u4A!14p34B4YTTTT3Y103E33A9|JL;丄LTP1AIBnrnwnI.Y2Y2BY=AB石LzJ2AGMD74LS00)iT冋iTiii698r-L盘JLLLj4Fun4A4B4Y鋼3B3AIAIBl2Y2B2AGNDY=ABC1ln2放电时间T2=R2C1ln2故电路的周期为：T=T1+T2=(R1+2R2C1加2=1s，通过计算的选择合适的占空比以及T=1S可以计算出R1=R2=22KQ。C1=22/JF保持电路对

6、于555组成的单稳态触发器，因为要求单稳态电路产生保持时间为4s,所以T二R3C2ln3=l.lR3C2=4,取C2=100uf计算得到R3=36K.逻辑门电路门电路中用到按键检测，由于未按下时门电路输入为高电平，因此按键处需要用到上拉电阻，此处上拉用4个3.6K电阻。功率输出电路根据LM317的器件特性,调整端与输出端电阻上的电流在5mA到15mA之间比较好,这里取R8=100,则其电流为I=1.25/100=12.5mA.因此Uo=由以上公式，各输出电压对应的Rx阻值如Uo=5V时,RW1=300J。Uo=9V时,RW2=620。Uo=12V时,RW3=860。Uo=15V时，RWllOO

7、。考虑到电阻的实际误差，所以此本设计中RW1、RW2和RW3都用1K的多圈电位器代替，RW4则由一个220与一个1K的多圈电位器串联组成。显示电路显示电路中单个数码管通过的最大电流一般设为几十个毫安，因此在数码管共阴端到地之间接一个100的电阻。第三部分整机电路第三部分整机电路整机电路图元件清单部分性能指标的测试部分性能指标的测试器件名称参数与数量定值电阻22KX236KX13.6KX8100X2220X1多圈电位器0999列X4电容10nFX2100nFX7v去耦电容）22uFX12200uFX1220uFX3100uFX2数码管共阴X1按键开关4个集成芯片74LS00X174LS08X1N

8、E555X274LS161X1CD4511X1CD4052X1LM317X14.1电路调试4.1.1测试仪器与设备1、数字万用表2、水泥负载电阻模块指标测试及测量数据4.1.2.1时钟脉冲电路在时钟脉冲的输出端接一电阻和发光二极管到地即可根据发光二极管的亮灭粗略计算时钟周期，经测试其周期约为IS,符合设计要求。保持电路保持电路的测试方法与时钟脉冲的测试方法类似，根据发光二极管的亮灭情况得出其暂稳态时间约为4S,同样符合设计要求。计数电路在计数器的输出端的低两位接上二极管串联上电阻到地,观察二极管的放光情况。以亮表示为1,灭表示为0,则可以看到二极管以00,01,10,11的顺序循环变化,切换时

9、间为1S。逻辑门电路逻辑电路主要用来检测按键的状态,输出接至计数器预置数端。测试时分别按住不同的按键，同时用万用表电压挡测量预置数的B、A端电平，以1表示高电平，0表示低电平。当按键0,1,2,3分别按下时,B、A端口电平为00,01,10,11,同时触发保持电路,计数器暂停计数并使能预置数。因此门电路部分工作正常。功率输出电路先将四路电位器调至设定值，然后上电，再分别长按四个按键，用万用表测量输出电压，然后微调电位器，最后万用表显示电压分别为5.008V，9.003V，11.98V和15.01V。最后用万用表的毫伏挡测量输出电压纹波，分别为2mV，3mV，5mV和8mV，其最大纹波电压小于要

10、求的10mV指标。输出电压5.008V9.003V11.98V15.01V输出纹波2mV3mV5mV8mV4.1.3故障分析及处理故障一：首次通电后发现数码管不能正常显示，并且显示较暗。经检查发现输入译码芯片的二进制数正常，于是问题应该出现在译码芯片上，因此再用万用表测量芯片的供电管脚VCC电压，发现还不到3V,于是顺藤摸瓜沿着VCC线路检查后发现了PCB板上线路有一处出现了短路，可能是腐蚀过程中被侵蚀。故障二：当电路显示部分正常以后于是测量输出电压，但发现最大输出电压只有8V多，远远达不到15V，检查模拟开关输入的二进制数没有问题，后来又发现调节某一挡位电位器时其它三路的输出电压也会改变，也

11、就是说四路没有完全隔绝，而各路电阻的选通是通过三极管来实现的。于是检查三极管的基极电压，发现未选通的三极管基极电压也超过0.6V，开始以为是模拟开关输出电压不够低从而使三极管不能有效截止，于是断开模拟开关与三极管的基极，但还是发现三极管基极电压超过0.6V且三极管都是新的，不可能损坏，于是干脆拿几个1K的电阻将三极管的基极下拉到地，然而三极管仍然处于导通状态。最后经过仔细检查才发现原来三极管的管脚是E、B、C,但焊接的时候误以为是C、B、E了，也就是说将C和E极反过来了。原来三极管由于C、E结的不同，C、E反接后会产生漏电流，从而导致三极管不能有效截止。最终将三极管重新正确焊接以后故障就排除了

12、。电路实现的功能和系统使用说明电路的功能是巡回输出5V,9V,12V和15V的电压，巡回切换时间为1S,由NE555构成的多谐振荡器产生频率为1HZ的时钟输出到74LS161计数器中。此外电路还具有任意挡电压输出并保持功能，按键0，1，2，3分别按下时电压输出分别为5V，9V，12V和15V并保持4秒时间，然后继续进入巡回状态。电路还具有显示功能，电路输出5V，9V，12V和15V时数码管分别显示0，1，2，3从而达到提示的作用。第五部分课程设计总结这次课程设计开始时我就选择了简易可编程稳压电源这道题目，因为电源比较实用于是就打算做成PCB板，于是托人买了散热片和一些接插件。课程设计开始后首先

13、开始的是进行电路的设计，其中LM317部分的电路比较简单，只需要接入不同的电阻就能实现不同电压的输出。于是用到模拟开关选通不同的通路。时钟电路和保持电路都可以用所学的555芯片来实现，计数方面则用74LS161。显示电路也比较简单，只要使用一个CD4511就能很方便实现数码管显示功能。电路的设计难点在于扩展功能部分，因为要求实现任意挡次电压的输出，于是想到用四个按键来对应不同挡次电压的输出，并且想到运用门电路来识别不同按键的按下。最终理论上的设计成功确定了方案。理论电路方案确定后接下来就利用AltiumDesigner进行电路原理图的绘制和PCB板的布线工作，经过一整天的努力软件部分的电路绘制

14、和布板也完成了。接着就到创新实验室做板腐蚀，又搞了一晚上终于把板做好了，剩下的工作就是元件的焊接安装以及电路的调试工作了。当晚回去宿舍把电路焊接了一大半，到了次日早上又把剩余的元件焊接完成，至此，电路的元件安装已经全部完成，最后一个环节就是上电调试。一般情况下,上电后一切工作正常的概率还是比较小的,这块电路板也不例外，上电后就发现电路的显示部分不正常，于是检查译码芯片的供电，最后发现是因为短线造成的芯片供电故障，排除以后就恢复正常显示了，这一部分相对来说比较容易解决。另外一个故障确实花费了我不少时间，整整弄了一个下午。那就是电路的主输出部分，发现输出电压最大只有8V,经过认真的检查才最终发现是因为当开关用的NPN三极管的C、E极焊接反了，从而造成四路电阻不能隔绝。最终把这个故障排除后电路才最终完全正常工作。从这次稳压电源的设计来看,题目体现了模数结合的特点，也让我体验