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数控直流电源的设计.rar

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    数控 直流电源 设计
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    贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 I 页目 录摘要 ....................................................................IIIAbstract .................................................................IV前 言 ....................................................................V1 方案选择和论证 ..........................................................11.1 总体方案论证与比较 ..................................................11.2 方案的选择及理由 ....................................................22 各模块的原理 ............................................................32.1 电源模块 ............................................................32.2 键盘控制显示模块 ....................................................42.2.1 74LS192的介绍如下: .............................................42.2.2 LED数码管的介绍如下: ...........................................52.2.3 74LS48的介绍: ..................................................72.2.4 键盘控制显示模块的基本原理如下: ................................72.3 D/A转换模块 .........................................................72.3.1 DAC0832结构: ...................................................92.3.2 DAC0832的输出值的计算公式 .......................................92.4 稳压模块 ............................................................93 用 portel 99SE设计的各模块 .............................................123.1 “+”,“-”键控制的可逆计数器的设计 ...............................123.2 数字显示电路的设计 .................................................133.3 D/A 转换电路(数模转换器)的设计 ...................................133.4 Protel 99SE软件的介绍 ..............................................144 软件的仿真与印刷电路板的设计 ...........................................154.1 软件仿真 ...........................................................154.1.1 Proteus软件介绍 ................................................154.2 印刷电路板的设计 ...................................................165 电路的调试与分析 .......................................................18贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页5.1 调整输出 ...........................................................185.2 电路调试 ...........................................................185.3 改进措施 ...........................................................18总结与体会 ...............................................................19参考文献 .................................................................21附录 1....................................................................22附录 2....................................................................23致谢 .....................................................................24贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页数控直流电源的设计摘要此数控稳压电源共有四个模块,分别为电源模块、键盘控制显示模块、D/A 转换模块和稳压模块。输出的电压的调节是通过‘+’、‘-’ 两个键操作的,通过‘+’、‘-’两个键可以输入我们想要得到的电压值。步进电压的精度为 0.1V,‘+’、‘-’两个键控制可逆计数器(74LS192 )分别作加和减计数,可逆计数器(74LS192)的二进制数字输出分两路运行:一路用于驱动七段数码管显示我们需要的电压数据,精确的在七段数码管上显示当前输出的电压值;另一路进入数模转换电路(D/A 转换电路(DAC0832)),数模转换电路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和调整输出级输出稳定直流电压。为了实现上述几部分的正常工作,需要另制±15V,和±5V 的直流稳压电源,及一组未经稳压的 12V~17V 的直流电压。关键词:键盘控制,数字显示,D/A 转换,稳压电路贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页Design of Numerical Control DC SourceAbstractThe CNC manostat four modules for the power modules, respectively, keyboard control display module, D/A conversion module and regulator module. The output voltage of control is through the ‘+’ and ‘-’two key operate, through the ‘+’ and ‘-’ two key can input we want voltage values. Stepping voltage accuracy 0.1 V, ‘+’ and ‘-’ two key control reversible counter (74LS192), respectively, add and subtract count 74LS192) reversible counter (two ways binary digital output all run: used to drive the seven segment digital pipe display we need voltage data, accurate in seven segment digital tube display the current output voltage values; Another way into digital-to-analog circuits (D/A transformation circuits (DAC0832)), digital-to-analog circuit will digital quantity according to the proportion converted into analog voltage, and then after shot extremely follow device control and adjustment output level stable output voltage. In order to realize the above a few parts of the normal work, need another system, ±5V and±15Vdc manostat, and a group of 12V ~17V without the voltage dc voltage.Key words:The keyboard control, Digital display circuit, The D/A convert, Constant current resource贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 V 页前 言随着经济全球化的飞速发展,人们的生活水平不断得到提高,其中高质量的生活无疑是人们追求的目标之一。而当今社会已经步入了数字化和智能化的时代,数字化的产品更是层出不穷,其中数控直流稳压电流源就是个很好的例子。直流稳压电源是各种电子设备不可缺少的组成部分,广泛用于教学、科研、各种终端设备和通信设备中,其作用是把交流电转换成满足一定性能的直流电供给电子设备的其他部件使用。传统的直流电源中电压的调节方式既麻烦又对电路的性能造成影响,因此在许多数控直流稳压电源的实现方案中都使用了模数或数模转换芯片 【1】 。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。目前产生直流稳压电源的方法大致分为两种:一种是模拟方法,另一种是数字方法。前者的电路均采用模拟电路控制,而后者则是通过数字电路进行自动控制。数控电源是从80年代才真正的发展起来的,期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里,数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向,是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展,各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用,到90年代,己出现了数控精度达到0.05V 的数控电源,功率密度达到每立方英寸50W的数控电源 【2】 。从组成上,数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面,几乎都为旋纽开关调节电压,调节精度不高,而且经常跳变,使用麻烦。数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的,数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数,有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题,极大地提高生产效率和产品的可维护性。随着计算机、通信工业自动化、电机电器和家用电器等行业的发展,电源——电子电路的动力源也迅猛发展。当今电源的设计潮流不仅表现在对电源更加准确的稳定度要求、更加优良的性能要求,还表现在对便携、使用寿命及节能等方面的要求。电源系统的发展方向:随着整个电信事业的飞速发展,通信设备的更新层出不穷。电源设备经历了从可控硅电子管电源到高频开关整流电源等阶段。随着科学技术的进贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 VI 页步,电源设备将朝着高集成化、高智能化、高密度化、高可靠性方向发展。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,主要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,译码显示等电路,具有控制精度高,制作比较容易等优点。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页1 方案选择和论证1.1 总体方案论证与比较方案一:基于 AT89C52 的数控直流源,总体设计原理框图如图 1.1.1 所示。主要由键盘、数码显示、单片机、D/C 转换器、稳流转换等几个部分组成。总的思想是通过改变键盘的输入设定数字量来改变输出电流值,由数码管显示设定电流值。用 AT89C52单片机作为整机控制单元,程控输出信号的数值,经过 DAC 转换器输出模拟量,再通过运算放大器(LM324)隔离放大,用运算放大器的输出电压控制晶体管的基极,利用晶体管平坦的输出特性得到恒流源的输出电流。为了能够使系统具备检测实际输出电流值大小的能力,可以将电流转换成电压。采用软件方法解决数据预置、数据的转换和处理等问题,从而使系统的硬件电路简单易于实现功能的扩展 【3】 。图 1.1.1 系统原理框图方案二: 通过控制开关来输入一个需求的电压值;将输入的数字量送数模(D/A)进行转换;再根据输出的电压量来控制电流的变化;同时,将此点压值的 BCD 码送给74LS192 驱动七段数码管进行显示此电压值。此方案的优点是电路简单,其电路方框图如图 1.1.2 所示:贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页图 1.1.2 系统原理框图方案三: 数控直流电流源系统由电源电路、主控制器、电流调整电路、键盘、显示电路等五部分组成。系统组成如图 1.1.3 所示。该数控直流电流源:输出电流 20mA—200mA,步进 0.5mA;能测量并显示输出电流 ,测量误差的绝对值≤测量值的0.1%+3mA;改变负载,输出电压在 10V 以内变化时,输出电流的绝对值≤输出电流值的0.1%+1mA【4】 。图 1.1.3 系统原理框图1.2 方案的选择及理由比较三种方案发现方案二较之其他 2 种方案要简洁明了,可操作性强,并且可以满足设计的要求,和我们专业所学习的知识相关性大,容易设计出来,故选择方案二。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页2 各模块的原理2.1 电源模块本设计共用到电源有三种:即±5V;+15V;12--17V.使用的电源模块的电路图如图2.1.1:图 2.1.1 电源模块稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成,原理如图 2.1.2:图 2.1.2 电源方框及波形图稳压电源各电路的原理如下:1)整流和滤波电路:整流作用是将交流电压 U2变换成脉动电压 U3。滤波电路一般由电容组成,其作用是脉动电压 U3中的大部分纹波加以滤除,以得到较平滑的直流电压 U4。2)稳压电路:由于得到的输出电压 U4受负载、输入电压和温度的影响不稳定,为了得到更为贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页稳定电压添加了稳压电路,从而得到稳定的电压 U0【5】 。2.2 键盘控制显示模块键盘控制显示模块由键盘、十进制加减计数器(74LS192) 、七段数码管译码器驱动器和七段数码管组成,如图 2.2.1。图 2.2.1 键盘控制显示模块2.2.1 74LS192 的介绍如下:由于输出电压从 0V 到 9.9V 可以调节,所以 74LS192 两计数器的计数范围为00000000 到 10011001(即 0-99),而 74LS192 本身为十进制可逆计数器,所以只需要两块这样的芯片级联就可以达到目的,此芯片封装和工作模式如下图 2.2.2 所示。PL 是低电平有效的预置数允许端,PL=0 时,预置数输入端 P0-P3 上的数据被置
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