简易数控直流电源

1简易数控直流电源一..设计要求1.基本要求（1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；（2）输出电流：500mA；（3）由＋、—两个键分别控制输出电压步进增减；（4）为实现上述几个部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。2.发挥部分输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值二.题目分析：为了使输出电压的调整范围在0~+9.9V，步进0.1V，由＋、—两个键分别控制输出电压步进增减，可在以LM317为基本稳压电路的基础上，附加电压调节电路，数字电压显示电路和发挥部分中的预值电路。LM317是输出正电压可调的集成稳压器。为实现上述几个部件工作，自制一稳压直流电源。可用电源变压器，整流器，LM7815,LM7915,LM7805构成。三．整体构思：有三种方案可供选择;方案一：用十进制加减计数器74LS192实现对输入的脉冲计数，采用继电器实现对输出电压的控制，采用共阳极的数码管实现对输出的电压显示。方案二：计数部分同方案一，输出部分用DA转换代替继电器控制部2分，然后用运算放大器将模拟信号放大输出。方案三：用单片机编程实现。根据做过这个电路的人的经验，相比之下，方案三最简单，也最经济，但由于当初准备开始做的时候，我们对单片机了解不深，而且还没学编程，对我们来说，单片机实现起来就比较困难。同时继电器原理比DA转换更容易理解，于是我们便采用了方案一。四．具体实现：五．各部分定性说明以及定量计算：1、稳压直流电源电路“+”“—”键数控部分输出电路数字显示自制稳压电源~220V+15V—15V+5V3U1LM7815CTLINEVREGCOMMONVOLTAGED11N5402D21N5402D31N5402D41N5402D51N5402D61N5402D71N5402D81N5402C4100uFC6100uFU2LM7915CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU3LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGED91N4007D101N40078D111N40075V1220Vrms50Hz0°11V2220Vrms50Hz0°313T2TS_POWER_10_TO_11712XMM1C32.2mFC22.2mFC12.2mF0C7100uF414296100T1TS_POWER_25_TO_1第一个变压器选择10W12V，第二个变压器选择10W9V；选取变压器时主要考虑使集成稳压器两端的电压差不能太大，否则电压差太大就会导致集成稳压器过烫，无法正常工作。选择1N5402是因为它能经受3A的电流，能够起到整流的作用。2.2mF的电容C1、C2、C3起到滤波的作用。二极管D9——D11用于保护集成稳压器，在电路断电的瞬间，电容C4、C6、C7会有一个很大的放电电流，这样会伤害集成稳压器，加了二极管D9——D11后，电流就经这些二极管放掉。采用固定式稳压电路LM78系列、LM79系列输出+、-15V，+5V电压。2、数字显示器控制部分电路4U5D74LS14NJ1Key=SpaceV15V20R11kΩC110nF10为了得到比较好的脉冲波形，我们采用斯密特触发器，但是在实际的电路中，仍如会有抖动现象，这就给电路带来了不确定性。为了消除抖动，我们加了一个小电容和一个1K欧的电阻，如上图所示。用十进制可逆计数器74LS192实现对小数位和各位的加减计数，输出5一路送74LS47译码驱动电路，驱动共阳极的数码管显示输出的电压值。另一路送继电器控制电路，将数字信号转化为模拟的电压信号。3、单个继电器的工作原理：KK1EMR011B06D11N4148Q12N4124R13.3kΩR23.3kΩV15VV21.5VR3100ΩXMM104050J2Key=Space67831继电器采用常闭的接口，当平时继电器的输入端无一定电压值输入时，开关闭合，电阻两端的电压几乎为零。而当有一定的电压值输入时，开关打开，电阻上分得一定电压，根据电阻值与外电路电阻值的比值确定分得的电压值。这样就能将数字信号转化为模拟的电压信号。4、通过继电器控制的输出电路6这里采用的是单刀双掷开关来模拟继电器工作的电路，平时开关是闭合的，当继电器得电时，相当于开关断开，与开关并联的电阻得到分压。为了实现输出电压从0~9.9V以0.1V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625Ω（对应500V/Ω）时，0.1V、0.2V、0.4V、0.8V、1V、2V、4V、8V的调节电阻的阻值分别为50Ω、100Ω、200Ω、400Ω、500Ω、1KΩ、2KΩ、4KΩ。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1Ω)，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。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，不能满足试题0~9.9V的基本要求。因此，为了获得0V7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，旁路电容器的电容量可以在0.1V~10μF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。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动作。六、在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施：在电路板刚做好的时候，数字显示器控制部分电路进行调试时，显示管乱显示，并且数码管的有些段时亮时不亮，没按照步进来显示。而且按钮也不灵，数字乱跳，不稳定。继电器控制的输出电路得不到输出电压，不管继电器是得电还是没有得电，输出电压都没有多大变化。按照以上不确定因素，我们对数字显示器控制部分电路进行了调试，并制定了调试方案：接线时，我们是从输入端一步步连接到输出数码管显示电路，而在调试时，应最先开始从数码管各段开始检查，因为它的现象最明显，可以直接测出数码管是否正常工作，再检查数码管驱动电路是否正常工作——→加减计数器是否正常工作——→按钮开关是否输出正常脉冲波形。即采用逆向的方法去调试并检查电路故障。8U374LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U774LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14GND8VCC16检查数码管时，我们直接给各段加高低电平，看各段是否正常发光。检查74LS47时，根据以下列表检查它是否正常译码：74LS47数据输入对应引脚DCBA6217十进制数00000100012001030011401005010160110701118100099100174LS192的数据输出端对应引脚QDQcQBQA7623当继电器控制的输出电路得不到输出电压，不管继电器是得电还是没有得电，输出电压都没有多大变化。首先，我们怀疑继电器没有正确连接，于是，我们上网查找此继电器的型号SRD-05VDC，最后此继电器引脚示意图，从图中得知我们的怀疑是正确的。继电器引脚示意图如图所示:在做直流电源时，我们测+15V和+5V的输出电压都比较接近理想值，但测量-15V电压输出时，发现竟然是+19.48V，而且-15V输出电路的集成稳压器芯片很烫。针对这个问题，我们再次确认了这个芯片，发现它是KA7915，不是我们要用的LM7915，在换了芯片之后，我们再测输出电压，这次变为7点几伏。我们通过查手册，发现LM7915的输入端应该接负电压，而在我们的电路中LM7915的输入端是与电容的正级相连，而电容的负极是接地的，这样LM7915的输入端显然是输入正电压的，这是不允许的的。在对电路作了修改之后，就得到正确的-15V的输出电压。八．设计心得体会：54312101.由于此电路所涉及的知识大部分是模电，数电的知识，即都是我们所学过的知识，做此电路，在原理上不存在障碍，而且温习所学知识，对所学模电，数电的知识有了更深的理解。2在制作过程中我们遇到很多问题和麻烦，我们根据实验现象，逐步分析排除，这锻炼我们分析问题和解决问题的能力。3当我们要用某些元器件时，我们必须查资料去了解它的功能以及引脚的接法，这一过程让我们了解更多元器件的知识和主动学习的必要性。4在制作过程中我们采取分工合作的办法，这让我认识到团队合作的重要性，组员之间要学会交流，要善于交流，还要相互关心，集中智慧解决问题。5在买器件时，我学会多问几家，了解元器件价格情况，讨价还价，以此来降低制作成本。6在制作中，我学会做好一件事需要耐心，细心和韧劲。当然，我也认识到自己的不足，所学的基础知识不够扎实，没学到的知识太多，今后要努力练好基本功。这里好要感谢帮助和指点我们的向阳老师以及其他同学和学长们。在做电路时，要尽量多与别的组交流，特别是和自己做同样功能电路的组，因为都在实践的话，他们遇到的问题，我们就可以引以为鉴，我们自己做的时候，就多注意一点。同时，各组的方案可能有所不同，我们也可以相互借鉴，争取方案最佳，同时减少不确定因素少，使电路尽量稳定。竞赛各组之11间既是竞争对手，同时又是相互学习的对象。调试可以说是做一块电路板的核心部分，用仿真软件调试成功了，真正焊电路板的时候，即使线路无连接错误，也可能看不到理想的结果。因为实际总是和理论之间有一定差别的。就比如说我们刚开始没有加防抖动电路，在仿真时，Multisim里面显示正常步进，而实际电路中，当按按钮时，数码管显示很不稳定，且无规律。当加了防抖动电路以后，电路就得到改善，而且数码管显示变得有规律了。U5D74LS14NJ1Key=SpaceV15V20R11kΩC110nF10调试时，头脑中要有一个清晰的思路，该从哪里开始？该检查哪一部分？可以看到那些现象？可以检测到哪些参数？要对电路的原理非常清楚，我们才能知道如何调试。九．本电路的有缺点及改进方法：1、本电路没有加预值，要得到确定的电压，还要一个步进一个步进的调。我们可以加两个8421拨码开关连接到74LS192的A、B、C、D端，再用一根线控制预值端。2、数码管显示的值并不等于实际输出电压的值，总有0.1到0.3V左右的误差。3、当不用计数器的输出端去控制继电器输出电路，直接让某一个继电器得电时，由于接在电路中的分压电阻的阻值有一定误差，测量输出端时仍与12理论值有0.1到0.5V左右的误差。在精度方面做得不够好。我们可以用一个DA转换器（如DAC0832）将数字信号转换为模拟量，再用放大器放大输出。这样精度可能会得到提高，而且精度也可以人为控制。4、集成稳压器LM7805芯片很烫，这是由于+5V电压源要带动5个TTL芯片和两个共阳极的数码管，流过集成稳压器LM7805的电流当然就很大。我们可以在集成稳压器LM7805芯片旁边加散热片。5、专门用硬件电路做，从成本上来说很大，而且电路复杂，易出错，且不便于调试。若用单片机做，这些问题就相对得到解决，只是程序可能会有点复杂。十．参考资料74ls47引脚图与管脚功能说明74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序，节约了单片机的IO开销。因此是一个非常好的芯片！但是由于目前从节约成本的角度考虑，此类芯片已较少用，大部份情况下都是用动态扫描数码管的形式来实现数码管显示。1374ls47引脚图,7