課程設(shè)計(jì)---直流穩(wěn)壓電源

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課題名稱：簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著電子產(chǎn)品的普及，數(shù)字顯示可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。它能夠更好的控制電流的輸入，延長(zhǎng)電子產(chǎn)品的壽命?，F(xiàn)在神會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)越來(lái)越智能化，電路的控

2、制越來(lái)越精確，人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求越來(lái)越高。目前，數(shù)字式直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　本文將介紹一種數(shù)字式直流穩(wěn)壓電源，要求輸出電壓量程12V，0V～+12V連續(xù)可調(diào)；輸出電壓可數(shù)字顯示，顯示精度優(yōu)于0.1%；輸出電流400mA。</p><p>　　在拿到設(shè)計(jì)題目以后，我們組首先重點(diǎn)溫習(xí)模電課本中穩(wěn)壓電源部分，對(duì)直流

3、穩(wěn)壓電壓的原理，結(jié)構(gòu)框圖，變壓、整流濾波、穩(wěn)壓三大部分有了初步了解。</p><p>　　然后到圖書館借閱相關(guān)資料，參考相關(guān)文獻(xiàn)，又通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查找了相關(guān)的知識(shí)。</p><p>　　確定了整體設(shè)計(jì)方案，畫出了電路原理草圖。最后進(jìn)行仿真操作，從安裝程序到使用軟件，元器件的查找，仿真結(jié)果出不來(lái)等等，我們小組邊學(xué)習(xí)邊探索，一直到最后原理圖完成，仿真成功，開(kāi)始撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們組

4、并沒(méi)有進(jìn)行特別明確的分工，而是對(duì)每個(gè)模塊都進(jìn)行討論和篩選，以求最后的整體方案能湊協(xié)調(diào)工作，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)要求 ···············

5、············1</p><p>　　第一章 整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　1 設(shè)計(jì)思路··············

6、;············4</p><p>　　2 總體方案論證與選擇··················

7、83;··5</p><p>　　第二章 單元電路方案論證與選擇</p><p>　　1 整流電路模塊······················&

8、#183;·7</p><p>　　2 濾波電路模塊························10</p><p>　　第三章 系統(tǒng)

9、的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　1 連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電路····················13</p><p>　　2 過(guò)載短路保護(hù)電路···&#

10、183;··················14</p><p>　　3 A/D轉(zhuǎn)化及數(shù)字顯示電路 ···········&

11、#183;·······15</p><p>　　第四章 Multisim的仿真與調(diào)試</p><p>　　1 仿真結(jié)果 ················&#

12、183;·········22總結(jié)··························&

13、#183;·················25</p><p>　　鳴謝 ··············&

14、#183;···············25</p><p>　　元器件明細(xì)表及參考文獻(xiàn) ··············

15、3;···26</p><p>　　心得體會(huì)····························

16、83;·············27</p><p>　　附圖 ··················

17、83;············28</p><p><b>　　簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的是量程為12V且在0-12V可調(diào)的直流穩(wěn)

18、壓電源，其最大輸出電流為400mA，并具有數(shù)字顯示電壓功能。利用A/D轉(zhuǎn)化，將輸出的連續(xù)電壓信號(hào)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的顯示。另外核心部分為：采用CM14433實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)到二進(jìn)制BCD碼的轉(zhuǎn)化，通過(guò)七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器CD4511的譯碼，最終將電壓值顯示到四段共陰極LED數(shù)碼管組上。該穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.電壓指標(biāo)精度高.調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：整流 濾波 穩(wěn)壓 可

19、調(diào) A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)碼顯示</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.輸出電壓為12V；</p><p>　　2.輸出電流 400mA；</p><p>　　3.輸出電壓數(shù)字顯示，顯示精度優(yōu)于0.1％；</p><p>　　4.輸出電壓在0～12V之間連續(xù)可調(diào)。<

20、/p><p>　　第二章 整體設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，其基本原理框圖如圖1所示。</p><p>　　首先選用合適的電源變壓器將電網(wǎng)電壓降到所需要的交流電源。（2）降壓后的交流電壓，通過(guò)整流電路整流變成單項(xiàng)脈動(dòng)直

21、流電壓。直流脈動(dòng)電壓經(jīng)過(guò)濾波電路變成平滑的、脈動(dòng)小的直流電壓，即濾除交流成分，保留直流成分，濾波電路一般有電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。（3）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的作用適當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，能是輸出直流電壓不受影響而維持穩(wěn)定的輸出。</p><p>　　圖1直流穩(wěn)壓電源基本原理框圖</p><p>　　2 總體方

22、案論證與選擇 </p><p>　　該系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)主要在可調(diào)電壓輸出部分，其要求是輸出電壓從0V開(kāi)始連續(xù)可調(diào)。因此，以下主要對(duì)三種方案進(jìn)行論證與選擇。</p><p>　　◆方案1：此方案的控制部分采用單片機(jī)，輸出部分不再采用調(diào)整管或穩(wěn)壓方式，二十載D/A轉(zhuǎn)換之后，經(jīng)過(guò)問(wèn)低昂的功率放大得到輸出電壓。采用單片機(jī)編程，一定程度上增加了系統(tǒng)的靈活性。該電源穩(wěn)定性好、精度高，且能夠輸出可

23、調(diào)的直流電壓，其性能由于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，此方案框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2. 方案1的框圖</p><p>　　◆方案2：采用三端可調(diào)的集成穩(wěn)壓器電路。它采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過(guò)載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍寬，此穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓是1.25V，而要求電壓從0V起連續(xù)可調(diào)，因此需要設(shè)計(jì)電壓補(bǔ)償電路才可實(shí)現(xiàn)輸出。</p><p>&

24、lt;b>　　圖3 方案2的框圖</b></p><p>　　◆方案3：采用三端集成穩(wěn)壓器電路，其電路內(nèi)部有過(guò)載保護(hù)。穩(wěn)壓后，由電位計(jì)和電壓跟隨器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓0—12V連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　圖4 方案3的框圖</p><p>　　分析：方案1電路比較復(fù)雜，成本較高，適用于要求較高的場(chǎng)合；方案2雖然有三端集成穩(wěn)壓器，但是需要引入一個(gè)直流源來(lái)

25、抵消其基準(zhǔn)電壓，在實(shí)際中，多為對(duì)電路要求不太高的情況。方案3實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且經(jīng)電壓跟隨器后輸出阻抗小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，輸出電壓不隨負(fù)載的變化而變化。故采用第三種設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　第三章 單元電路方案論證與選擇</p><p><b>　　1 整流電路模塊</b></p><p>　　該模塊主要利用二極管的單向?qū)щ娦越M成整流電路，將交流電

26、壓變換為單方向脈動(dòng)電壓。實(shí)現(xiàn)方法主要有以下三種。</p><p>　　◆方案1：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐?lt;/p><p><b>　?。╝）電路圖</b></p><p>　　U2 U0 Ud</p><p><b>　　（

27、b）波形圖</b></p><p>　　圖5 單相半波整流電路</p><p>　　在變壓器次級(jí)電壓u2為正的半個(gè)周期內(nèi)（如圖5（a）中所示上正下負(fù)），二極管導(dǎo)通，在RL上得到一個(gè)極性為上正下負(fù)的電壓；而在u2為負(fù)的半個(gè)周期內(nèi)，二極管反向偏置，電流基本上等于0。所以在負(fù)載上的電壓的極性是單方向的（如圖5（b）所示）。正半周內(nèi)Uo=U2，Ud=0；負(fù)半周內(nèi)Uo=0。Ud=U2。由

28、此可見(jiàn)，由于二極管的單向?qū)щ娮饔茫炎儔浩鞔渭?jí)的交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓，達(dá)到了整流的目的。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的元件少，但也有明顯的缺點(diǎn)：輸出電壓脈動(dòng)大，直流成分比較低；變壓器有半個(gè)周期不導(dǎo)電，利用率低；變壓器含有直流部分，容易飽和。只能用于輸出功率較小，負(fù)載要求不高的場(chǎng)合。</p><p>　　◆方案2：?jiǎn)蜗嗳ㄕ?lt;/p><p><b>　　(a)電路圖</b&

29、gt;</p><p><b>　　U2IoUo</b></p><p>　　O tOtOt</p><p><b>　　(b)波形圖</b></p><p><b>　　圖6全波整流電路</b></p><p&g

30、t;　　全波是利用具有中心抽頭的變壓器與兩個(gè)二極管配合，使兩個(gè)二極管在正、負(fù)半周輪流導(dǎo)電，而且二者流過(guò)RL的電流保持同一方向，從而使正、負(fù)半周在負(fù)載上均有輸出電壓。電路如圖6（a）所示。正半周內(nèi)D1導(dǎo)通，D2截止，在負(fù)載RL上得到的電壓極性為上正下負(fù)；負(fù)半周內(nèi)，D1截止，D2導(dǎo)通，在負(fù)載上得到的電壓仍為上正下負(fù)，與正半周相同。全波整流波形如圖6（b）。全波整流的輸出電壓時(shí)半波整流的兩倍，輸出波形的脈動(dòng)成分比半波整流時(shí)有所下降。全波整流電

31、路在負(fù)半周時(shí)二極管承受的反向電壓較高，其最大值等于，且電路中每個(gè)線圈只有一半時(shí)間通過(guò)電流，所以變壓器利用率不高。</p><p>　　◆方案3：?jiǎn)蜗鄻蚴秸?lt;/p><p>　　單相橋式整流電路如圖7（a）。由圖可見(jiàn)，U2正半周時(shí)D1、D4導(dǎo)通，D3、D2截止，在負(fù)載電阻RL上形成上正下負(fù)的脈動(dòng)電壓；而在U2負(fù)半周時(shí)，D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下負(fù)的脈動(dòng)電壓。如果忽

32、略二極管內(nèi)阻，有Uo≈U2。橋式整流電路波形如圖7（b）所示。正負(fù)半周均有電流流過(guò)負(fù)載，而且電路方向是一致的，因而輸出電壓的直流成分提高，脈動(dòng)成分降低。單相橋式整流電路主要參數(shù)：輸出直流電壓,脈動(dòng)系數(shù)S，二極管正向平均電流I,二極管最大反向峰值電壓U。橋式整流電路解決了單相整流電路存在的缺點(diǎn)，用1次級(jí)線圈的變壓器，達(dá)到了全波整流的目的。因此選用方案三單相橋式整流。</p><p><b>　?。╝）電路

33、圖</b></p><p>　　U2 Io Uo</p><p>　　O 0 0

34、 </p><p><b>　?。╞）波形圖</b></p><p>　　圖7單相橋式整流電路</p><p><b>　　2濾波電路模塊</b></p><p>　　該模塊實(shí)現(xiàn)降低輸出電壓的脈動(dòng)成分，盡量保留直流成分的功能。利用電容和電感的濾波作用達(dá)到降低交流保留直流

35、成分的目的。</p><p><b>　　◆方案1：電容濾波</b></p><p><b>　?。╝）電路圖</b></p><p><b>　　濾波后輸出的波形</b></p><p>　　圖8 單相橋式整流電容濾波電路</p><p>　　如圖8所

36、示為單相橋式整流電容濾波電路。利用電容的儲(chǔ)能特性，使波形平滑，提高直流分量，減小輸出波紋，其輸出波形如圖8（b）所示。</p><p>　　電容濾波有以下特點(diǎn)：</p><p>　　加入濾波電容后，輸出電壓的直流成分提高，脈動(dòng)成分減小。</p><p>　　電容濾波放電時(shí)間常數(shù)（）越大，放電過(guò)程越慢，輸出直流電壓越高，紋波越小，效果越好。為了獲得較好的濾波效果，一般

37、選擇電容值滿足～5) ，此時(shí)，輸出電壓的平均值。</p><p>　　電容濾波電路的輸出電壓隨輸出電流的增大而減小，所以電容濾波適合于負(fù)載電流變化不大的場(chǎng)合。</p><p><b>　　◆方案2：電感濾波</b></p><p>　　單相橋式整流電感濾波電路如圖9，利用電感不能突變的特性，使輸出電流</p><p>　

38、　波形平滑，從而使輸出電壓波形也平滑，提高直流分量，減小輸出紋波。</p><p><b>　　電路</b></p><p><b>　　濾波前濾波后</b></p><p><b>　　t</b></p><p>　　（b）濾波后的輸出波形</p><p

39、>　　圖9單相橋式整流電感電路</p><p><b>　　◆方案3：復(fù)式濾波</b></p><p>　　復(fù)式濾波電路由電阻和電容，電阻和電感或電感和電容組合成的濾波。幾種常見(jiàn)的復(fù)式濾波電路如圖10所示。</p><p>　　圖10（a）所示為型濾波電路，這種電路的缺點(diǎn)是在R上有壓降，因而需要提高變壓器次級(jí)電壓；同時(shí)，整流管的沖擊電流仍

40、然較大，這種電路知識(shí)和小電流負(fù)載的場(chǎng)合。（b）所示為型濾波電路，這種濾波電路的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，能兼起限制浪涌電流的作用，濾波效果較好。其缺點(diǎn)是帶負(fù)載能力差，濾波電路有功率損耗。它適合負(fù)載電流小，紋波系數(shù)小的場(chǎng)合。（c）所示為倒L型濾波電路，整流后輸出的脈動(dòng)直流經(jīng)過(guò)電感，交流成分被削弱，再經(jīng)過(guò)C濾波后，可在負(fù)載上獲得更加平滑的直流電壓。這種濾波電路的優(yōu)點(diǎn)是：濾波效果好，幾乎沒(méi)有直流損耗。其缺點(diǎn)是低頻時(shí)電感體積大，成本高。</p&g

41、t;<p>　　(a) 型濾波 (b) 型濾波 (c) 倒L型濾波 </p><p>　　圖10 常見(jiàn)復(fù)式濾波電路</p><p>　　綜合考慮，由于在小功率電源中型濾波電路效果顯著，滿足本設(shè)計(jì)要求，故選擇方案三。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　1連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電路&

42、lt;/p><p><b>　?。?）穩(wěn)壓電路</b></p><p><b>　　圖11穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　該電路用了7812、7912和7805、7905制成了兩組穩(wěn)壓直流電源電路分別得</p><p>　　到±12V和±5V的電源。為了防止恒流源電路中的較大電

43、流對(duì)控制部分產(chǎn)生干擾，將控制部分的電源和恒流源電路電源分成獨(dú)立的兩部分，分別由兩組變壓器供電。</p><p><b>　　（2）連續(xù)調(diào)壓電路</b></p><p>　　圖12 連續(xù)調(diào)壓電路</p><p>　　該電路采用1MΩ 、步進(jìn)為0.01%.的電位計(jì)進(jìn)行電壓采樣，經(jīng)電壓跟隨器提高帶負(fù)載能力后輸出。電位計(jì)兩端的電壓為12V，通過(guò)調(diào)節(jié)電

44、位器可得到0--12V標(biāo)準(zhǔn)電壓。電壓跟隨器采用±12V工作電壓，使調(diào)壓電路電壓不受負(fù)載變化的影響，且輸出阻抗小，可靠性高。</p><p>　　2 過(guò)載短路保護(hù)電路</p><p>　　連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓部分采用78XX和79XX系列，其內(nèi)部均含有限流電路使總輸出電流≤400mA。</p><p><b>　?。ū静糠衷O(shè)計(jì)不足）</b&g

45、t;</p><p>　　3 A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)碼顯示電路。</p><p><b>　?。?）工作原理</b></p><p>　　該電路采用MC14433—三位半A/D 轉(zhuǎn)換器、MC1413 即七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列CD4511 BCD到七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器、能隙基準(zhǔn)電源MC1403和共陰極LED發(fā)光數(shù)碼管組成。本系統(tǒng)是三位半數(shù)字電壓表,三位半

46、是指十進(jìn)制數(shù)0000～1999。所謂3位是指?jìng)€(gè)位、十位、百位，其數(shù)字范圍均為0～9，而所謂半位是指千位數(shù)，它不能從0變化到9，而只能由0變到l，即二值狀態(tài)，所以稱為半位。 圖13 AD轉(zhuǎn)換及數(shù)碼顯示電路</p><p>　　各部分的功能如下： 三位半A／D轉(zhuǎn)換器(MC14433)：將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)?；鶞?zhǔn)電源(MC1403)：提供精密電壓，供A／D 轉(zhuǎn)換器作參考電壓。譯碼器(MC4511)：將

47、二—十進(jìn)制(BCD)碼轉(zhuǎn)換成七段信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器(MC1413)：驅(qū)動(dòng)顯示器的a，b，c，d，e，f，g七個(gè)發(fā)光段，驅(qū)動(dòng)發(fā)光數(shù)碼管(LED)進(jìn)行顯示。顯示器：將譯碼器輸出的七段信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　工作過(guò)程如下：  三位半數(shù)字電壓表通過(guò) 位選信號(hào)即DS1～DS4進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，由于MC14433電路的A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼

48、器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。DS1～DS4輸出多路調(diào)制選通脈沖信號(hào)。DS選通脈沖為高電平時(shí)表示對(duì)應(yīng)的數(shù)位被選通，此時(shí)該位數(shù)據(jù)在Q0～Q3端輸出。每個(gè)DS選通脈沖高電平寬度為18個(gè)時(shí)鐘脈沖周期，兩個(gè)相鄰選通脈沖之間間隔2個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。DS和EOC的時(shí)序關(guān)系是在EOC 脈沖結(jié)束后，緊接著是DS1輸出正脈沖。以下依次為DS2，DS3和DS4。其中DS1對(duì)應(yīng)最高位(MSD)，DS4則對(duì)應(yīng)最低位(L

49、SD)。在對(duì)應(yīng)DS2，DS3和DS4選通期間，Q0～Q3輸出BCD全部數(shù)位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字0～9．在DS1選通期間，Q0～Q3輸出千位的半位數(shù)0或l及過(guò)量程、欠量程和極性標(biāo)志信號(hào)。</p><p>　　在位選信號(hào)DS1選通期的間Q0～Q3的輸出內(nèi)容如下：  Q3表示千位數(shù)，Q3=0代表千位數(shù)的數(shù)字顯示為1，Q3=1代表千位數(shù)的數(shù)字顯示為0。Q2表示被測(cè)電壓的極性，Q2的

50、電平為1，表示極性為正，即UX>0，Q2的電平為0，表示極性為負(fù)，即UX<0。顯示數(shù)的負(fù)號(hào)(負(fù)電壓)由MC1413中的一只晶體管控制，符號(hào)位的“-”陰極與千位數(shù)陰極接在一起，當(dāng)輸入信號(hào)UX為負(fù)電壓時(shí)，Q2端輸出置“0”， Q2 負(fù)號(hào)控制位使得驅(qū)動(dòng)器不工作，通過(guò)限流電阻RM 使顯示器的“-”(即g 段)點(diǎn)亮；當(dāng)輸入信號(hào)UX為正電壓時(shí)，Q2端輸出置“1”，負(fù)號(hào)控制位使達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通，電阻RM接地，使“-”旁路而熄滅。小數(shù)點(diǎn)顯示

51、是由正電源通過(guò)限流電阻RDP供電燃亮小數(shù)點(diǎn)。因量程確定，點(diǎn)亮第二位后的小數(shù)點(diǎn)。過(guò)量程是當(dāng)輸入電壓UX超過(guò)量程范圍時(shí)，輸出過(guò)量程標(biāo)志信號(hào)OR。</p><p>　　當(dāng)OR = 0 時(shí)，|UX|>1999，則溢出。|UX|>UR OR輸出 低電平。當(dāng)OR = 1時(shí)，表示|UX|<UR 。平時(shí)OR輸出為高電平，表示被測(cè)量在量程內(nèi)。MC14433的OR端與MC4511的消隱端BI 直接相連，當(dāng)UX超

52、出量程范圍時(shí)，OR輸出 低電平，即OR = 0 →BI = 0 ，MC4511譯碼器輸出全0，使發(fā)光數(shù)碼管， 顯示的數(shù)字熄滅，而負(fù)號(hào)和小數(shù)點(diǎn)依然發(fā)亮。</p><p>　?。?） 3位半A／D轉(zhuǎn)換器MC14433</p><p>　　圖14 MC14433 電路結(jié)構(gòu)及管腳圖</p><p>　　MC14433電路是一個(gè)低功耗三位半的雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器。和其它典型

53、的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器類似，MC14433A／D轉(zhuǎn)換器由積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和控制電路組成。如果必要設(shè)計(jì)應(yīng)用者可參考相關(guān)參考書。使用MC14433時(shí)只要外接兩個(gè)電阻(分別是片內(nèi)RC 振蕩器外接電阻和積分電阻RI)和兩個(gè)電容(分別是積分電容CI和自動(dòng)調(diào)零補(bǔ)償電容C0)就能執(zhí)行三位半的A／D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　MC14433內(nèi)部模擬電路實(shí)現(xiàn)了如下功能：（1）提高A／D 轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗，使輸入阻抗可達(dá)l00M

54、Ω以上；（2）和外接的RI、CI構(gòu)成一個(gè)積分放大器，完成V／T 轉(zhuǎn)換即電壓—時(shí)間的轉(zhuǎn)換；（3）構(gòu)造了電壓比較器，完成“0”電平檢出，將輸入電壓與零電壓進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值決定極性輸出是“1”還是“0”。比較器的輸出用作內(nèi)部數(shù)字控制電路的一個(gè)判別信號(hào)；（4）與外接電容器C0構(gòu)成自動(dòng)調(diào)零電路。</p><p>　　除“模擬電路”以外，MC14433 內(nèi)部含有四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，對(duì)反積分時(shí)間進(jìn)行3位半BCD碼計(jì)數(shù)(0

55、～1999)，并鎖存于三位半十進(jìn)制代碼數(shù)據(jù)寄存器，在控制邏輯和實(shí)時(shí)取數(shù)信號(hào)(DU)作用下，實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的鎖定和存儲(chǔ)。借助于多路選擇開(kāi)關(guān)，從高位到低位逐位輸出BCD碼Q0～Q3，并輸出相應(yīng)位的多路選通脈沖標(biāo)志信號(hào)DS1～DS4實(shí)現(xiàn)三位半數(shù)碼的掃描方式（多路調(diào)制方式）輸出。</p><p>　　MC14433內(nèi)部的控制邏輯是A／D 轉(zhuǎn)換的指揮中心，它統(tǒng)一控制各部分電路的工作。根據(jù)比較器的輸出極性接通電子模擬開(kāi)關(guān)

56、，完成A／D轉(zhuǎn)換各個(gè)階段的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生定時(shí)轉(zhuǎn)換信號(hào)以及過(guò)量程等功能標(biāo)志信號(hào)。在對(duì)基準(zhǔn)電壓VREF 進(jìn)行積分時(shí)，控制邏輯令4位計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，完成A／D 轉(zhuǎn)換。</p><p>　　MC14433內(nèi)部具有時(shí)鐘發(fā)生器，它通過(guò)外接電阻構(gòu)成的反饋，并利用內(nèi)部電容形成振蕩，產(chǎn)生節(jié)拍時(shí)鐘脈沖，使電路統(tǒng)一動(dòng)作，這是一種施密特觸發(fā)式正反饋RC 多諧振蕩器，一般外接電阻為360kΩ時(shí)，振蕩頻率為100kHz；當(dāng)外接電阻為470k

57、Ω時(shí)，振蕩頻率則為66kHz，當(dāng)外接電阻為750kΩ時(shí)，振蕩頻率為50kHz。若采用外時(shí)鐘頻率。則不要外接電阻，時(shí)鐘頻率信號(hào)從CPI(10腳)端輸入，時(shí)鐘脈沖CP 信號(hào)可從CPO(原文資料為CLKO)(11腳)處獲得。MC14433內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)極性檢測(cè)，用于顯示輸入電壓UX 的正負(fù)極性；而它的過(guò)載指示(溢出)的功能是當(dāng)輸入電壓Vx 超出量程范圍時(shí)，輸出過(guò)量程標(biāo)志OR（低有效）。</p><p>　　MC14433是

58、一雙斜率和雙積分A／D 轉(zhuǎn)換器，采用電壓—時(shí)間間隔(V／T)方式，通過(guò)先后對(duì)被測(cè)模擬量電壓UX和基準(zhǔn)電壓VREF 的兩次積分，將輸入的被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，用計(jì)數(shù)器測(cè)出這個(gè)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)目，即可得到被測(cè)電壓的數(shù)字值。雙積分過(guò)程可以做如下概要理解：</p><p>　　首先對(duì)被測(cè)電壓UX 進(jìn)行固定時(shí)間T1、固定斜率的積分，其中T1=4000Tcp。顯然，不同的輸入電壓積分的結(jié)果不同（不妨理

59、解為輸出曲線的高度不同）。然后再以固定電壓VREF 以及由RI,CI所決定的積分常數(shù)按照固定斜率反向積分直至積分器輸出歸零，顯然對(duì)于上述一次積分過(guò)程形成的不同電壓而言，這一次的積分時(shí)間必然不同。于是對(duì)第二次積分過(guò)程歷經(jīng)的時(shí)間用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，則該數(shù)N就是被測(cè)電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。由此實(shí)現(xiàn)了A／D轉(zhuǎn)換。積分電阻電容的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件而定。若時(shí)鐘頻率為66kHz，CI一般取0.1μF。RI的選取與量程有關(guān)，量程為2V時(shí)，取RI為470kΩ；量程

60、為200mV時(shí)，取RI為27kΩ。本實(shí)驗(yàn)采用2V量程。      </p><p>　　選取RI 和CI 的計(jì)算公式如下：</p><p>　　式中，ΔUC為積分電容上充電電壓幅度,ΔUC = VDD - UX(max) - ΔU,ΔU = 0.5V,</p><p>　　例如，假定CI=0.1μF，VDD=5V，F(xiàn)

61、CLK=66kHz。當(dāng)UX(max)=2V 時(shí)，代入上式可得RI=480kΩ，取RI=470kΩ。MC14433設(shè)計(jì)了自動(dòng)調(diào)零線路，足以保證精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。MC14433A／D轉(zhuǎn)換周期約需16000個(gè)時(shí)鐘脈沖數(shù)，若時(shí)鐘頻率為48kHz，則每秒可轉(zhuǎn)換3次，若時(shí)鐘頻率為86kHz，則每秒可轉(zhuǎn)換4次。 </p><p>　　MC14433 采用24引線雙列直插式封裝，外引線排列，參考圖1的引腳標(biāo)注，各主要引腳功能說(shuō)明如

62、下：(1) 端：VAG，模擬地，是高阻輸入端，作為輸入被測(cè)電壓UX和基準(zhǔn)電壓VREF的參考點(diǎn)地。(2) 端：RREF，外接基準(zhǔn)電壓輸入端。(3) 端：UX，是被測(cè)電壓輸入端。(4) 端：RI，外接積分電阻端。(5) 端：RI／CI，外接積分元件電阻和電容的公共接點(diǎn)。(6) 端，C1，外接積分電容端，積分波形由該端輸出。(7) 和 (8) 端：C01和C02，外接失調(diào)補(bǔ)償電容端。推薦外接失調(diào)補(bǔ)償電容C0取0.1μF。(9)

63、 端：DU，實(shí)時(shí)輸出控制端，主要控制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出，若在雙積分放電周期就是階段5開(kāi)始前，在DU端輸入一正脈沖，則該周期轉(zhuǎn)換結(jié)果將被送入輸出鎖存器并經(jīng)多路開(kāi)關(guān)輸出，否則輸出端將繼續(xù)輸出鎖存器中原來(lái)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若該端通過(guò)一個(gè)電阻和EOC 短接，則每次轉(zhuǎn)換的結(jié)果都將被輸出。(10) 端：CPI (CLKI)，時(shí)鐘信號(hào)輸入端。(11) 端：CPO (CLKO)，時(shí)鐘信號(hào)輸出端。(12) 端：VEE，負(fù)電源端，是整個(gè)電路的電源最負(fù)端，主要作

64、為模擬電路部分的負(fù)電源，</p><p>　　（3） 七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器CD4511</p><p>　　圖15 CD4511引腳功能圖及其真值表</p><p>　　CD4511 是專用于將二-十進(jìn)制代碼(BCD)轉(zhuǎn)換成七段顯示信號(hào)的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，它由4位鎖存器，7段譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三部分組成。 (1) 四位鎖存器(LATCH)：它的功能是將輸入的A，B

65、，C 和D代碼寄存起來(lái)，該電路具有鎖存功能，在鎖存允許端（LE 端，即LATCHENABLE）控制下起鎖存數(shù)據(jù)的作用。 當(dāng)LE=1時(shí)，鎖存器處于鎖存狀態(tài)，四位鎖存器封鎖輸入，此時(shí)它的輸出為前一次LE=0時(shí)輸入的BCD碼； 當(dāng)LE=0時(shí)，鎖存器處于選通狀態(tài)，輸出即為輸入的代碼。由此可見(jiàn)，利用LE 端的控制作用可以將某一時(shí)刻的輸入BCD代碼寄存下來(lái)，使輸出不再隨輸入變化。(2) 七段譯碼電路：將來(lái)自四位鎖存器輸出的BCD 代碼譯

66、成七段顯示碼輸出，MC4511中的七段譯碼器有兩個(gè)控制端：① LT (LAMP TEST)燈測(cè)試端。當(dāng)LT = 0時(shí)，七段譯碼器輸出全1，發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng)LT = 1時(shí)，譯碼器輸出狀態(tài)由BI端控制。② BI (BLANKING)消隱端。當(dāng)BI = 0時(shí)，控制譯碼器為全0輸出，發(fā)光數(shù)碼管各段熄滅。BI = 1時(shí)，譯碼器正常輸出，發(fā)光數(shù)碼管則正常顯示。</p><p>　　（4）七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列MC

67、1413  MC1413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)，因此具有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接接受MOS 或CMOS 集成電路的輸出信號(hào)，并把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載．該電路內(nèi)含有7個(gè)集電極開(kāi)路反相器(也稱OC0門)。MC1413電路結(jié)構(gòu)和引腳如圖3所示，它采用16引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動(dòng)器的輸出端都接有一釋放電感負(fù)載能量的續(xù)流二極管。</p><p>　　

68、（5）高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源MC1403  MC1403的輸出電壓的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無(wú)關(guān)．該電路的特點(diǎn)是：① 溫度系數(shù)??；② 噪聲小；③ 輸入電壓范圍大，穩(wěn)定性能好,當(dāng)輸入電壓從+4．5V變化到+15V時(shí)，輸出電壓值變化量小于3mV；④輸出電壓值準(zhǔn)確度較高，y。值在2.475V～2.525V 以內(nèi)；⑤ 壓差小，適用于低壓電源；⑥ 負(fù)載能力小，該電源最大輸出電流為10mA。MC1403用8條引線雙列

69、直插標(biāo)準(zhǔn)封裝，如圖16所示。</p><p>　　圖16 MC1412管腳功能圖及其內(nèi)部結(jié)構(gòu) MC1403引腳功能圖</p><p>　　第四章 電路的Multisim仿真與調(diào)試</p><p>　　Multisim 是EDA眾多優(yōu)秀軟件中較為突出的軟件之一，它可以完成電路原理圖的輸入，電路分析，仿真等全套自動(dòng)化工序。仿真結(jié)果如下：</p><

70、;p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)介紹的直流穩(wěn)壓電源，有機(jī)地將數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)結(jié)合起來(lái)，它主要由整流濾波部分，連續(xù)調(diào)壓部分，AD轉(zhuǎn)換部分、顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器，數(shù)碼管顯示器等所組成，實(shí)現(xiàn)功能為輸出電壓在0～12V內(nèi)可調(diào)電壓和-12V不可調(diào)電壓。該電路具有精度高，操作方便，成本低，性能可靠，實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但是由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，電路設(shè)計(jì)仍有不足，如存在微小誤差、限流部分設(shè)

71、計(jì)不足等。設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中對(duì)數(shù)電，模電的知識(shí)進(jìn)行更深一步的了解和學(xué)習(xí)，提高了我們的電子設(shè)計(jì)與創(chuàng)造能力，培養(yǎng)了我們認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，勤于探索的學(xué)習(xí)態(tài)度。</p><p><b>　　鳴謝</b></p><p>　　這次設(shè)計(jì)我們最應(yīng)感謝的人就是各位指導(dǎo)老師，是你們指出我們方案中存在的問(wèn)題、給了我們非常有建設(shè)性的啟示，使我們的設(shè)計(jì)才得以順利完成。我還要感謝我的隊(duì)友，正是由于我們之

72、間很好的合作才能使我們成功解決設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。最后我還要感謝所有給過(guò)我?guī)椭椭С值耐瑢W(xué)們，是他們?cè)谖矣幸呻y和不解時(shí)給了我啟示，從而讓我完成了這次課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　元器件明細(xì)表及參考文獻(xiàn)</p><p><b>　　元器件明細(xì)表 </b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p>

73、<p>　　1.林濤·數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)?清華大學(xué)出版社?2010</p><p>　　2.林濤·模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)·清華大學(xué)出版社·2010</p><p>　　3.譚中華·模擬電子線路·電子工業(yè)出版社·2004</p><p>　　4.梅開(kāi)鄉(xiāng)·電子電路設(shè)計(jì)與制作·北京

74、理工大學(xué)出版社·2010</p><p>　　5.何希才·通用電子電路應(yīng)用400例·電子工業(yè)出版社·2005</p><p>　　6.蔡忠法·電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)·浙江大學(xué)出版社·2003</p><p>　　7.從宏壽·Multisim 8 仿真與應(yīng)用實(shí)例開(kāi)發(fā)·清華的大學(xué)出

75、版社·2007</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)使我感受最深的是課程設(shè)計(jì)真的鍛煉人的能力，希望能多有幾次這樣的課程設(shè)計(jì)。同樣，我經(jīng)過(guò)此次課程設(shè)計(jì)也獲益匪淺。首先，使我感到徹底掌握理論知識(shí)的重要性，基本理論知識(shí)是課程設(shè)計(jì)以及實(shí)際應(yīng)用的基石，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)在一些瑣碎的問(wèn)題上停滯，可見(jiàn)在實(shí)際應(yīng)用中每一個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)都

76、應(yīng)當(dāng)特別注意，也反映了基本知識(shí)還是沒(méi)有掌握到位，同時(shí)給即將到來(lái)的考試敲響了警鐘。這次課設(shè)也使我初次接觸了電路繪制軟件——Multisim，這是一個(gè)集電路設(shè)計(jì)和仿真于一體的軟件。通過(guò)本次設(shè)計(jì)中對(duì)Multisim的使用，使我對(duì)芯片有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)芯片級(jí)聯(lián)問(wèn)題和芯片處置設(shè)置問(wèn)題有了更深刻的了解。它是我們以后在電路設(shè)計(jì)上不可缺少的工具。由于本次課設(shè)涉及到模數(shù)結(jié)合，鍛煉了我對(duì)所學(xué)電子知識(shí)綜合應(yīng)用的能力。更重要的是要學(xué)會(huì)查詢資料、利用資料。在設(shè)

77、計(jì)過(guò)程中有很多思路和方法并非直接來(lái)源于教材，而是在圖書館不斷查詢資料和上網(wǎng)查資料才得已成形。在翻閱資料的過(guò)程中，同時(shí)掌握了一些常用元件的特性、優(yōu)缺點(diǎn)、工作原理以及適用條件，意識(shí)到元件選擇的重要性，懂得了在實(shí)際應(yīng)用中不能直接照搬理論知識(shí)。</p><p>　　此次課設(shè)還使我懂得了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，一個(gè)人的力量是有限的，設(shè)計(jì)過(guò)程中總有些問(wèn)題自己不能解決，需要團(tuán)隊(duì)成員及同學(xué)的幫助。我們每個(gè)人都積極解決問(wèn)題，不斷提供新思