简易数控直流电源的设计与制作_获_94首届全国大学生电子设计竞赛北京赛区三等奖.pdf
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..学生作品选★★ ★ 简易数控直流电源的设计与制作一一获’9 4首届全国大学生电子设计竞赛 北京赛区三等奖北京航空航天大学学生.陈乐陆深鲁炎数控 电源与常规可调电源不 同,它通 过数字量控制输出电压,因此其输出电压不是连续可调,而是 步进增减的,按竞赛题意要求,输出电压应从OV调到9.gV,每步IV,总计9 9步L设计思路要求数 控电源最大能输出5 00 mA电流,我们设 想在三端可调 电源LM31 7的基 础上,通过改变其公共 端对地电位的办法来调节输出电压因为LM3 17的固定输出电压为+1.2 5v,如能使LM31 7公共端对输出地在不加控制脉 冲时为一1.2 5V每 输人一 个 脉冲、公共端电压 增 加0.IV,输人 ” 个脉 冲,LM 3 17公共端电位变为8.6 5V,即可使数控 电源 在O~十9.gV范围按要求变化按照竞赛题A的基本要求和发挥部分l、2两项要求,我们设想可以通过三种方式控制:(l )连 续控制方式:用连续脉 冲快速调节电源输出(自动扫描代替人工按键);(2)单步增减方式:用单个脉冲使输出电压每次进或退IV;(3 )预置方式:通过拨码盘设定所需的输出电压(预置功能)。
由于篇 幅限制,竞赛题发挥部分第三项要求: “扩展输出电压种类”部分,将在下期单独介 绍我们设计的数控 电源原理方框图如图l所示,具体电路如图2所示选 用两片7 4LS 19 2组成两位BC D码十进制 计数器.因为7 4LS 19 2是可逆计数器,可实现“加”、“减”计 数(时钟 脉 冲从“UP”端送人实现加计数,从“D OWN”端送入 实现减计数);同时具有“进位”、“借位”输 出端(当计数器溢 出时,从“CAR R Y”稳 电路分别 由K1 (进)、K2 (退)两个按键控制给 出步进单脉冲连续脉 冲和步进脉冲经两个单刀双掷开关K4、KS控 制,分别送入计数器的“Up”和“DOwN”端按 竞赛题要求,为 了显示输 出电压值(与送入脉 冲数 相对应),我们将计数器输出的二位十进制B C D码分别送入 两片7 4LS 24 8“B CD一七段译码驭动器”,驱动两位 七段共阴数码管作输出显示从计数器输出的十进制BCD码,最终是用来通过D/A变换控制LM 3 17公共 端对地电位的,由于输入的数是~9 9,而9 9<2?一1 28,故选用8位D/A变 换器即可.我 们选用的是DAC0832,采用+15 V供 电,基准电质UR:F用+SV。
经D/A变 换,其输出电流10 1~D·URE F/2 56 又Rf 、式中D为送入D/A的数,对8位D/A最大为25 6经D/A变换后的电流玩送入运算放大器A作l /V变换,运放 的反馈电阻已集成在DACo832内部,阻值为15 k因 此,运放A的输 出电压U以~一I·Rf、= 一 D URE ;/2 56,将在oV与,UEF-一SV之I ’e d变化对于本电路,输入数最大 为9 9,但如图2所示,二进制数送人D/A时已将8 3 2的D 端接地,七位二进制码送入D/A的后七位,因此相 当于送入的数乘以2,即送入D/A的数为2、4,6 .· ·⋯跳跃变化,最大 数为2沉9 9一1邹,经上式 计算,UoA将 在一一3·8 67V之间变化,我们希望得到~+9.gV的控制 信号,故运放A的输出需再经运放B反相放大至O~ +9.gV所需增益约 为一2.5,可 通过电位器Rn精确调节为了在D/A输出为时使数控 电端输出进位脉冲至下一级“U P”端进位;计数器出现下溢时,从“BO R R OW”端输出借位脉冲至下一级“DOWN”端进行 减计 数借位),使计数器可直接级联组 成多位计数器,由于74LS 19 2是可编程 的,在“置数”端“LOA D”接低电平(按下图2中预置按键)时,可以通过拨码 盘将预期的数(BCD码)送入,这 时计数器的输出即可由预置数确定。
因此,利用两片7 4LS192即可实现扫描、步进及预置三种输入控制图2中连续脉冲发生器由NE5 55及外围元件组成,其工 作原理已为 大家熟知这里 不 再赘述为便于控制,脉冲频率 设计为10H:/s(f一1.44/( Rl+2R2)Cl)步进脉 冲 由7 4LS22 1双“单稳 态触 发器”及外围元件组成脉冲宽 度由R3、C3及R4、C4确定均为10ms(tn“0·7RC )两个 单两两位数码显示示+ + + + + + + + + + + + + + +15V V V V VLM317 7 7 译译码驱动动动动动动动动动动( ( (十/二) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )进进制制制D/A A A A A放大大大减法器器器1.2 5V V V转转换换换换换换换换换换换换换换换换换换换换一一连续脉冲冲 发发生器器进进一一单稳稳电电电电电电电电电电路路预预置置置置置置置置置 码码盘盘一11一. .1学生作品选 一-- -一- ~ - -~ ~ ~ - -~ - 源输出为零,利用运放C组成减法器,同相端入来自运放B的。
一十9 .9v控制信号,反相端输人经R1 7、R1 8分压得到的+l· 2 5v·经减法器相减,在运放C输出端即可得到所需的一1·25~+8·65V控制信号需要指出的是,D/A变换所需的数字信号是二进制数,而这里为了数码显示输出电压,选用的是Bc D码十进制计数器7 4Ls l她所以,必须将19 2输出的B c D码转换成二进制码才 能送 入D/A为此,在计数器和D/A之间又擂入了“十进制/ 二 进制转换电路”,如图1、图2所示十进制/二进 制变换 由两片7 4LS 83四位二进制全加器组成,其原理是利用“权”的转换再相加实现译码功能、如表1所示例如,十进制 的 l D由二进 制的1 十1 0代替,十进制 的20,由二进 制的10 0 0十100代替,只要按 表1将两片7 41 58 3相 应配合,即可得到七位二进制数码输出,送入D/A的D l一D7输入端因数控电源要求最大输出电压为9.gV,故 选用+1 5v为LM3 17供 电,运算放大器用士1 5V供电,数字 电路除DA C0 83 2用十15V外其余全用+SV供电,故 本电路共需士15V、+sv三L L LM3 17 7 75 5 5 5 5 5 51525354 4 4C C C C C C C07 滚L S8 3 3 3B B B B B B B3 3 3 A A A A A A A]AZA3A4于 ;162吕4 4 4 厂厂厂厂厂厂厂 月月一一一弓二二二二二二二二二二留二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二{ { { { { { { { { { { { { { { { { { { { { { { { { { { { {5 152535刁刁刁刁················································C07」LS83〔、4 4 4 4 4 4 4a a abc‘1efs s s s sabedefg g g g g!〕〕!勺勺勺AIAZA3A4BIBZB3日4 4 4 4 4 4 47 7 7刁LS2 18 8 8 8 874LS248 8 8 8 8l口, ,「!口口口口口口八八已CD D D D DABCD D D D D D D D D D D D D D D D D } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } }} } }山山F F F 「「「「 厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂巨巨三三 巨 二二 巨 二二r .一一一一I竺竺竺r- - -. . . . . . . . . . . . . . . . .匕匕匕O O O巨习习 巨 了 , ,T T T1一二二〔了了仁二二二r- - -忙忙片片片卜卜卜日日 匕匕匕」」巨二二 r二下下下1~二二仁, , 厂下下!l l l「一~ ~ ~仃仃口口口门门} } } } }. . .r二二F 下下1 1 1『二二巨刃刃〔二二二二广广门门门L L L产产, ,r一一厂下下「下下下厂厂}门门厂一〕〕月月舒舒门门门门.L L L肠肠肠匕二二巨二二 巨二二二二 二二巨刃刃刃{l l l卜门门门门~ ~ , 卜~ 一 ~ ~ ~ 一, ~ . ~~ 一L L L 匕匕匕一二二 「二二} 二二l l l;习习l l l厂厂厂卜一刃刃1.卜卜匕匕二! ! !巨二二 压, ,{ { { { {r二丁丁广广广.L L L, , , , , , , , , ,, ,} } }Q·石。
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我们选用 具有双1 8V和单gV绕组的变压器,其容量按LM31 7最大输出SA选择为Zow变压器次级输出经 桥式整流滤波,送7 5 1 5、79 15和7 805提供士15V和+s v电源,因电路及士十算已为人所熟知,这部分电路未在图2绘出,设计计算部分也省略2 .电路调试电路设汁完成后,先在面板上对连续脉冲产生及单稳电路进行接 线测试,用示波器观察输出波形;接好计数器电路并送入计数 脉冲,观察计数器输出端电平变化是否符合要求;再接好译码驱动 电路及共阴数码管,观察输入扫描脉冲及步进脉 冲时数码管 的显 示情况「由于译码驱动器输出管内部上拉电阻为Zk n偏大,致使数码管显 示暗淡,后在 7 4LS24 8各输出端到+SV间均并I kn电阻(I kn\7电阻排)使显示更加清晰上述电路只要接线正确均能正常工作,应该注意的是,当计数器的“UP”、“OOWN”、“LOA D”端 悬空时,计数器易受干扰造成误计 数 或误 预置.因此 应从这 些控制端通过1 0kn电阻接至+SV电源,使得无信号 输入时确保其高电平状态将两位拨码拿的输出线接入计数器 置位 端,按下 顶置键K3使计数器LO AD端接地,任意拨码送入预置 数,数码管显示数应与预置数相对应,例如预置数 邪,数码管应显示5.5。
计数、译码、显示部分在面板上凋通 后,再将十进制/二进制转换电路在面包板上接好,通过步进控制送入单脉冲,在输出端用示波器或电压器表观察二进制各输出端高低电平变化是否符 合十/二进制变换要求,一般接线正确均能正常工作最后插丘D ACo832,并将I。
