数字显示直流稳压电源

1电子技术课程设计报告设计课题：数字显示直流电源专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师：设计时间：2数字显示直流电源设计任务与要求设计一个可显示出电压值的直流稳压电源1、设计一个直流稳压电源。主要技术指标：(1)输出电压范围：0~9.9V，文波电压10mV(2)最大输出电流：3A(3)工作电压2-6V，典型值5V，工作电流5mA。2、设计数字显示电路，显示位数2位，精确到小数点后1位。步进值0.1V。3、完成电路全部设计后，通过仿真验证设计课题的正确性。3目录1前言------------------------------------------------------------5页2方案设计与论证--------------------------------------------------6页2.1总体分析----------------------------------------------------6页2.2稳压电源部分方案--------------------------------------------6页2.3三端集成稳压芯片--------------------------------------------7页2.4数字显示部分------------------------------------------------8页3单元电路设计与参数计算------------------------------------------8页3.1整流滤波稳压电路---------------------------------------------8页3.1.1整流电路--------------------------------------------------8页3.1.2滤波电路-------------------------------------------------10页3.1.3稳压电路-------------------------------------------------12页3.2数字显示电路的设计------------------------------------------14页3.3D/A转换电路（数模转换器）的设计----------------------------16页3.3.1DAC0832工作原理介绍-------------------------------------16页3.3.2DAC0832芯片的特点---------------------------------------17页4总原理图及元器件清单-------------------------------------------19页4.1总原理图-------------------------------------------------------------------------------19页4.2元件清单----------------------------------------------------20页5仿真与调试-----------------------------------------------------21页5.1纹波电压的测试----------------------------------------------21页5.2数据测量----------------------------------------------------21页5.3误差分析----------------------------------------------------22页6性能测试与分析-------------------------------------------------22页46.1系统软件设计的原则-----------------------------------------23页6.2程序设计流程图---------------------------------------------23页6.3按键设置流程图---------------------------------------------24页6.4DA转换流程图-----------------------------------------------25页7结论与心得----------------------------------------------------26页8参考文献------------------------------------------------------27页5一、前言当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。另外，很多电子爱好者初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。与信号发生器（信号源）一样，直流稳压电源也是一种常用仪器。在有些场合（例如实验室）存在着供需矛盾：电网提供的是交流电，而实际需要直流电。为了解决这一矛盾，于是就产生了直流稳压电源这种电子设备。本设计为数字显示直流电源，其电压采用数字显示，主要用于电源要求精度比较高的场合，或科研实验电源使用，并且此设计未用到单片机，使用了数字技术的D\A转换器，译码显示等电路，具有控制精度高，制作比较容易等优点。由于本人能力有限，在刚拿到课题时感觉十分陌生，对于一些元器件的选取以及电路设计，在西图书馆翻阅了大量资料，以设计时进行参考，如有不到之处，请老师多多见谅。6二、方案设计与论证2.1总体分析要设计数字显示直流电源，首先要设计一个直流稳压电源电路，这里要解决的问题有两个：一是如何把交流电变成直流电，二是如何使直流电压实现稳定。一个完整的直流稳压电源由四部分构成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。电源变压器的功能是吧电网电压220v市电变成整流电路所需要的交流电。整流电路是把交流电变成单向脉动电，使其具有直流成分。滤波电路是把脉动大的电压波形变成脉动小的电压。稳压电路是把不稳定的直流电实现稳压，使其不受电网电压变化及负载变化的影响。其次应设计一个数字显示电路，包含数字显示驱动(采用两块74LS248芯片),转换电路、数码显示系统（7448驱动BS201A）。2.2稳压电源部分方案方案一：简单的并联型稳压电源；并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大。方案二：输出可调的开关电源；开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度差，因而也不能采用此方案．7方案三：串联型稳压电源并联稳压电源有效率低、输出电压调节范围小和稳定度不高这三个缺点。而串联稳压电源正好可以避免这些缺点，所以现在广泛使用的一般都是串联稳压电源。而简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节，必须对简易稳压电源进行改进，增加一级放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一个负反馈过程，所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。综合考虑效率，输出功率，输入输出电压，负载调整率，纹波系数，本设计选用方案三，要求较低，因而较易实现.对于效率和纹波的要求可以通过仔细调整磁性元件的参数(L，Q，M等)使其工作在最佳状态，所以我们在选择方案的时候考虑到电路要简单，元件要容易找，还有在电路设计的时候避免遇到某些不必要的问题，所以我们选择了上述的方案中的第三个方案;第三个方案就能够达到我们的要求，所以方案三我们采用了。稳压电路部分可以采用三极管等分立元件来实现，也可以采用集成三端集成稳压芯片。从性价比来说，采用三端集成稳压芯片来实现要好很多，现在的稳压芯片功能强大，且价格低廉，很适合我们此次的设计。2.3三端集成稳压芯片方案一:采用7805三端稳压器电源;固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚Vo，输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+5V，它属于CW78xx系列的稳压器，输入端接电容可以进一步的滤波，输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路的稳定性也比较好，只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容，如果采用电解电容，则电容量要比其它的数值要增加10倍，但是它不可以调整输出的直流电源;所以此方案不易采用.方案二:采用LM317可调式三端稳压器电源;LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压.不过它只能连续可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路;8由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路，输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).由此可见此稳压器的性能和稳压稳定度都比上一个三端稳压电源要好，所以此此方案可选，此电源就选用了LM317三端稳压电源，也就是方案二。LM317其特性参数输出电压可调范围：1.2V～37V输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。2.4数字显示部分方案：采用D/A转换器DAC0832DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。这个DA芯片有价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。将高性能和低成本结合在一起。由于内部集成了驱动电路，因此外围电路十分简单，可以很容易实现本次设计中的电压数字显示功能。三、单元电路设计与参数计算3.1整流滤波稳压电路因为课题需要0V-9.9V的稳压直流电，所以需要用到220V转26V的变压器把高压的交流电转成低压交流电。因为课题不需要用到20V以上的电压，所以应该选用18V-24V的变压器，这样可以降低LM317集成芯片的功耗，达到低功耗，高效率的要求。3.1.1整流电路整流电路的任务是将交流电变换成直流电[4]。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率整流电路中，常见的集中整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本设计采用单相桥式整流电路。9单相桥式整流电路是工程上最常用的单相整流电路。在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用，当正半周时，二极管V1、V3导通（V2、V4截止），在负载电阻上得到正弦波的正半周；当负半周时，二极管V2、V4导通（V1、V3截止），在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。桥式整流电路原理图如图所示。在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。单相桥式整流电路输出电压平均值:单相桥式全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：单相桥式全波整流电路二极管上承受的最高反向电压：T110:5:5