数控直流电压源的设计文档格式.docx
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方案二:
采用7805与运放结合构成直流电源
将2位BCD码的数字信号变换为模拟电压,可以采用集成D/A转换器(如DAC0832),也可采用分立的变形权电阻及运算放大器构成D/A。
其基本原理是运放的求和运算,其电阻值按8421比例选取,高位电流与低位电流成10倍关系,利用了7805的输出端与公共端的电压固定为+5的特性来设计的。
这种电路结构简单,成本低输出精度高,并且易于控制,还能由单片机对其操作实现功能扩展。
可调稳压部分:
计算公式:
Vo≈V1+V2=VINR2/(R1+R2)+5R3/(R3+R5)
由上式可见:
Vo与Vin之间成线性关系,当Vin改变时,输出电压改变,Vin电压的基准点是可调的,其范围可从正电压到负电压。
若取R2=R3=2R1=2R4,则当Vin从-5V~+10V变化时,Vo可从0V~10V。
方案三:
三端稳压电源LM317
采用可调三端稳压电源构成直流可调电源的电路如图所示。
把图中的可变电阻RP用数字电位器来代替,就能实现数控了。
但由于三端稳压芯片LM317和LM337的输出电压不能从0V起调,输出公式:
Vout=1.25×
(1+R2/R1)。
所以,可以采用在输出的地方加两个二级管,利用PN节的固有电压来实现从0V起调,如图所示。
优点:
该方案结构简单,使用方便,干扰和噪音小
缺点:
数字电位器误差较大,控制精度不够高,误差电压较大。
同时更重要的是几乎所有的数字电位器能够容忍的电流都在20mA以下。
所以,这种方案就被否决了。
经过比较分析,选用方案二。
四:
工作原理分析
电路整体框图:
1、数控部分:
CD4060:
与石英晶体(32768Hz)构成振荡器,经过212次分频得8Hz脉冲,获得连续步进的进位脉冲。
两片级联的CD40192十进制加减可逆计数器,利用震荡器产生的脉冲信号可以实现加减记数。
脉冲源电路:
CD4013:
双D触发器,在此接成单稳态电路,克服按键抖动引起的误动作。
D端接地,按下开关,Q由0→1,然后CD4013的
端要通过电阻Rτ对电容Cτ充电,当Cτ两端的电压达到某个门槛电压Vth时,触发器S端为1,触发器发生翻转,使Q端输出高电频,CD4013重新进入稳态,RτCτ决定延时时间。
该电路同时起到消颤作用。
单稳态电路:
消颤波形图:
CD4011:
为四二输入与非门。
CD4069:
反相器。
两者一起构成选通门,完成控制作用。
在数字电路中A*1=A,当与非门有一个输入为高电平的时候,与非门选通,输出为A非,反之锁死。
当开关S1动作,S2不动作时。
由上分析可知,CD40192的CPD端(4脚)始终为高电平,CPU端(5脚)有输入脉冲信号,选通CD40192进行加运算,反之实行减运算。
选通电路:
CD40192:
十进制加减可逆计数器,当两片CD40192级联可构成100进制加减可逆计数器,该计数器也是数控部分的核心。
CD40192的真值表如下:
清零
MR
预置
PL
时钟
CPUCPD
预置数据输入
D0D1D2D3
输出
Q0Q1Q2Q3
H
×
×
LLLL
L
ABCD
POSH
加计数
HPOS
减计数
两片CD40192级联,第一片的进位端接第二片的CPU端,其退位端接第二片的CPD端。
加计数:
CPD端为高电平,CPU端输入脉冲信号,CD40192进行加计数。
减计数:
与加计数相反,两片CD40192的退位端要接出,经过一系列的非门和与非门接到两片芯片的清零端。
当减为0时,清零端为1,芯片清零,防止错误操作。
当长按“+”、“-”开关时,将实现自动扫描。
防误操作电路:
按下置数开关,CD40192的LOAD端为1,通过拨动拨码开关置数。
CD4511:
译码器。
将CD40192输出的二进制码转换成数字并在数码管上。
2、D/A部分:
电阻从左至右依次接D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。
输入为0时,VREF=0;
输入为1时,VREF=+5V。
接高位:
D4=1,其他为0,VD4=-(RF/R)VREF
D5=1,其他为0,VD5=1/2VD4
D6=1,其他为0,VD6=1/4VD4
D7=1,其他为0,VD5=1/8VD4
接低位:
D0=1,其他为0,等效电阻为2R、4R、8R、4.8R并联再与R串联。
VD0=1/16VD4。
通过电阻的比例关系形成8421,分别送入Q3Q2Q1Q0。
D/AⅡ为高位,D/AⅠ为低位,中间串联一个4.8R的电阻,使前后电流成10倍关系。
然后通过两级反向比例放大器对电压进行放大。
最后利用7805输出端与公共端的电压固定为+5的特性,搭建如图电路,实现输出0V~9.9V的电压。
五、调试
1、数控部分:
(1)接通电源,按“+”、“-”,观察数码管上的显示示数是否有误。
减为0时,实数一直显示为0。
(2)长按“+”、“-”,能否进行扫描。
(3)拨动拨盘开关,按LOAD开关,检查能否置数。
2、D/A部分:
(1)调D/A部分
a)D=0,先调节R37,使Vo1=0V,再调节R43,使Vo2=-5V。
b)D=10011001,先调节Rf1,使Vo1=990mV,再调节Rf2,Vo2=9.9V。
(重复
(1)、
(2)操作,直到调准为止)
(2)调电源输出,接入7805电路,重复上述操作。
(4)接入数控部分,调节并记录输出电压,比较误差。
调试数据如下:
显示示数
输出电压
误差
0.0
0.00
3.9
3.90
6.4
0.1
0.09
-0.01
4.0
4.01
6.7
0.2
0.19
4.1
4.12
6.9
0.3
0.29
4.2
4.22
+0.02
0.4
0.40
4.3
4.32
0.5
0.50
4.6
4.63
+0.03
0.6
0.60
4.9
4.92
0.7
0.69
+0.01
5.1
5.11
0.8
0.80
5.2
5.20
0.9
0.90
5.5
5.52
1.0
1.01
5.8
5.82
1.1
1.11
6.0
1.2
1.20
6.1
6.10
1.3
1.31
6.3
6.31
1.4
1.42
6.41
1.5
1.52
6.70
1.6
1.62
6.89
1.7
1.70
7.1
7.11
1.8
1.80
7.2
7.20
1.9
1.90
7.4
7.42
2.0
1.99
7.7
7.71
2.2
2.19
7.8
7.81
2.3
2.29
8.0
-0.20
2.4
2.40
8.1
7.96
-0.25
2.5
2.50
8.3
8.05
2.6
2.60
8.4
8.15
2.7
2.71
8.6
8.36
-0.24
2.8
2.79
8.8
8.55
2.9
2.89
8.9
8.66
3.0
2.99
9.0
8.75
3.1
3.09
9.1
8.84
-0.26
3.2
3.20
9.2
8.96
3.3
3.30
9.4
9.15
3.4
3.41
9.5
9.27
-0.23
3.5
3.51
9.6
9.36
3.6
3.61
9.7
9.45
3.7
3.71
9.8
9.56
3.8
3.80
9.9
9.66
输出电压波形图:
※电压从8V开始误差增大,说明D4的电阻偏大,应减小。
3、纹波检测(带20Ω的负载)
经示波器观察,纹波小于10Mv。
4、遇到的问题及解决方法:
(1)调节D/A部分时,D=0,调节R43,Vo2最大只能输出5.41V。
解决方法:
首先要将两个反向比例放大器的负端调为0V,然后再进行调节。
(2)加入数控部分后,LM324的7脚输出电压不稳定。
开始初调时,输入为0的端口不能悬空,应该接地。
(3)D=10011001,LM324的7脚的输出电压为-4.97V。
六、总结
通过此次实验,对于数控直流电源的电路及工作原理有了深刻的理解,并且做出的作品达到了设计要求。
虽然方案不是亲手设计的,但对于选用的方案,基本弄得清楚明白。
在以后的实验中,争取能够独立设计出方案,这才是最终目标。
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- 数控 直流 电压 设计