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≤500mA；
⑶精度：
静态误差≤1%FSR，纹波≤10mV；
⑷显示：
输出电压值用LED数码管显示；
⑸电压调整：
由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减；
⑹输出电压预置：
输出电压可预置在0∽9．9V之间的任意一个值；
⑺其它：
自制电路工作所需的直流稳压电源，输出电压为±
15V，+5V；
2．数控直流稳压电源组成框图之一
操作人员通过按键对系统发出电压调整指令，该指令与输出电路的状态信号一起送入数控部分电路，经过处理后产生符合指令要求的输出电压信号，并经输出电路功率驱动后输出。
当输出电路的输出电流超过极限值时，由过流保护电路产生的信号送入数控电路，关闭系统的电压输出，对系统的输出电路进行保护。
另外，数控部分还产生显示信息送入显示电路，将输出电压或其它信息报告给操作人员。
图1
提示：
⑴用可预置的加减计数器和D/A实现电压预置和电压步进控制；
⑵用集成运放实现功率扩展或用三端集成稳压电源；
⑶可用电压比较器实现过流控制；
二、方案设计与论证
根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如上图1所示。
主要包括这几部分：
自制稳压电源、数控部分电路、显示电路、模拟/数字转换电路（D/A变换器）、过流保护及输出电路部分。
数字控制部分用“+”、“-”按键控制可逆计数器，计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后，去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以0.1V的步进值增减。
方案一：
采用7805构成直流电源
采用7805构成直流电源的电路如图2所示，改变RP阻值使7805的公共端的电压在-5V到10V之间可调，则7805的输出端电压就可实现0－15V之间可调了。
这种方案是利用了7805的输出端与公共端的电压固定为+5的特性来设计的。
但存在不好数控的问题。
图2
方案二：
采用串联型稳压电路
采用串联型稳压电路的原理图如图3所示，数控基准电压源的电压大小可以通过可逆计数器进行数据设置，计数器的内容对应于稳压电源的输出电压，同时该计数器值经过译码显示电路，显示出当前稳压电源的输出电压。
计数器的输出送至D/A转换器，转换成相应的电压，此电压去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出以0.1V的步进值增或减。
优点：
容易进行数控，调节简单。
图3串联型稳压电路原理图
图4数控基准电压源框图
方案选择：
方案一采用7805构成直流电源，设计原理简单易懂，但存在不好数控的问题。
方案二采用串联型稳压电路，容易进行数控且具有控制精度高，调节简单。
故本次设计采用方案二，即串联型稳压电路。
三、单元电路设计与参数计算
此数控直流稳压电源共有六部分，输出电压的调节是通过“+”、“-”两按键操作，步进电压精确到0.1V。
可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：
一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；
另一路进入数模转换电路（D/A转换电路），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,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，需要自制±
15V、+5V的直流稳压电源。
本文设计的数控电源主要是对自制±
15V、+5V的直流稳压电源电压进行控制，使输出0∽9．9V步进可调，调整步距为0.1V的稳定可调直流电压。
此原理方框图如下图5所示。
+5
-15
+15
220V
AC
图5
3.1“+”、“-”键控制的可逆计数器的设计
此部分电路主要用两按键开关作为电压调整键，与可逆计数器的加计数CPU时钟输入端和减计数CPD时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块74LS192级联而成。
74LS192是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD码）可逆计数器。
由于输出电压从0V到9.9V可以调节，所以74LS192计数器总计数范围从00000000到10011001（即0∽99）,而74LS192本身为十进制可逆计数器，所以只需两块这样的芯片级联就可以达到目的，此芯片封装和功能表如下图6、图7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上的数据被置入计数器。
MR是高电平有效的复位端，MR=1时，计数器被复位，所有输出端都为低电平。
CPU是加计数时钟，CPD是减计数时钟，当CPU=CPD=1时，计数器处于保持状态，不计数。
当CPD=1，CPU由0变为1时，计数器的计数值加1；
当CPU=1，CPD由0变1时，计数器的计数值减1。
TCU是进位输出端，当加计数器达到最大计数值时，即达到9时，TCU在后半个时钟周期（CPU=0）内变成低电平，其他情况均为高电平。
TCU是借位输出端，当减计数器计到零时，TCD在时钟的后半个周期（CPD=0）内变成低电平，其他情况下均为高电平。
为实现100进制的计数，可把第一块芯片的TCU，TCD分别接后一级的CPU，CPD就可以级联使用，这就达到了0~99的计数。
图674LS192的引脚排列及逻辑符号
图774LS192功能表
3.2数字显示电路的设计
数字显示驱动采用两块74LS248芯片，74LS248为四线七段译码驱动器，内部输出带上拉电阻，它把从计数器传送来的二至十进制码，驱动数码管显示数码。
引脚及功能表如下图8、图9所示。
图874LS248引脚图
图974LS248功能表
74LS248为七段译码器，输出高电平有效，适合于共阴极接法的七段数码管使用A3，A2，A1，A0，为8421BCD码输入，a、b、c、d、e、f、g为七段数码输出，LT为试灯输入信号，用来检查数码管的好坏，IBR为清零输出信号，用来动态清零，IB/QBR为灭灯输出信号，该端既可以作输入端也可以作输出端。
3.3D/A转换电路（数模转换器）的设计
数模转换电路，采用两块DAC0832集成块，它是一个8位数/模转换电路，这里只使用高4位数字量输入端。
由于DAC0832不包含运算放大器，所以需要外接一个运算放大器相配，才构成完整的D/A转换器，低位DAC输出模拟量经
9：
1分流器分流后与高位DAC输出模拟量相加后送入运放，具体实现由900Ω和100Ω的电阻相并联分流实现，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，集成运放采用具有调零的低噪声高速优质运放NE5534。
DAC0832的引脚图如图10所示。
图10DAC0832的引脚图
DAC0832芯片主要引脚功能：
DI1~DI7：
8位二进制数据输入端；
ILE：
输入锁存允许，高电平有效；
CS：
片选信号，低电平有效；
WR1，WR2：
写选通信号，低电平有效；
XFER：
转移控制信号，低电平有效；
Rfb：
内接反馈电阻，Rfb=15KΩ；
IOUT1，IOUT2：
输出端，其中IOUT1和运放反相输入相连，IOUT2和运放同相输入端相连并接地端；
Vcc：
电源电压，Vcc的范围为+5V~+15V；
Vref：
参考电压，范围在-10V~+10V；
GND：
接地端。
当ILE=1,CS=0,WR=0，输入数据DI1~DI7存入8位输入寄存器中，当WR2=0，XFER=0时，输入寄存器中所存内容进入8位DAC寄存器并进行D/A转换。
当DAC0832外接运放A构成D/A转换电路时，电路输出量V0和输入DI1~DI7的关系式为：
DAC0832最具特色是输入为双缓冲结构，数字信号在进入D/A转换前，需经过两个独立控制的8位锁存器传送。
其优点是D/A转换的同时，DAC寄存器中保留现有的数据，而在输入寄存器中可送入新的数据。
系统中多个D/A转换器内容可用一个公共的选通信号选通输出。
由于DAC0832输出级没有加集成运放，所以需外加NE5534相配适用。
NE5534封装如下图11所示。
图11
IN-为反相输入端,IN+为同相输入端；
OUT为输出端；
BALANCE为平衡输入端,主要作用是使内部电路的差动放大电路处于平衡状态；
COMP/BAL的作用为通过调节外接电阻,以达到改善放大器的性能和输出电压；
Vcc-和Vcc+为正负电源引脚；
3.4调整输出电路的设计
调整输出级采用运放作射极跟随器，使调整管的输出电压精确地与D/A转换器输出电压保持一致。
调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求。
数控电源各部分工作所需的15V和5V电源由固定集成稳压器7815、7915和7805提供，调整管所需输入电压，经简单整流、滤波即可得到，但要求能提供500mA的电流。
输出电压的调整，主要是运用射极输出器发射极上所接的4.7K电阻来完成的。
此反馈电阻的主要作用是把输出电压反馈到NE5534的输入级的反向输入端，当同相输入端IN+和反向输入端IN-有差别时，调整输出电压使之趋于稳定，从而达到调整输出电压的目的。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图（如下图12所示）
图12
2．元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1，R2,R6
两端电阻
1K,1k,1k
3
接按键及输出部分
R3,R5
500Ω
2
接NE5534
R4
100Ω
1
RV1，RV3
可调电阻
接DAC0832管脚8
RV2
10k
R7
4.7k
接调整输出部分电路
C1
极性电容
100uf
接调整输出，滤波
Q1，Q2
三极管NPN
接调整输出，放大
SW1，SW2
按键
计数调整按键
74LS192
双时钟
可预置数
74LS248
译码器
驱动数码管
DAC0832
双缓冲
8位数/模转换
NE5534
单路opamp
高效低噪声运放
7SEG
共阳
七段共阳数码管
五、仿真调试与分析
1.自制稳压电源的仿真实现
在自制稳压电源设计中，我们采用TPAN-2P3S变压器将220V交流电压降压处理，再通过2W005G桥式整流电路得到正向电压，然后通过7805、7815三段稳压器电路，得到+5V、+15V的直流电源，再在+15V的基础上加一方向器即可得到需要的-15V直流电压。
其仿真结果如图13所示。
图13
2.数显电路的仿真实现
74LS47D是驱动共阳数码管的译码驱动器，我们用逻辑电平开关来代替BCD码；
调整开关SW1、SW2、SW3、SW4的状态，可以得到不同的BCD码组合。
运行仿真，“拨动开关”数码管的显示结果会随之变化，R1在实际应用电路中是一个较为有用的器件。
如果没有这只电阻，数码管极易受损坏。
在实际电路中，采用74LS248，分别改变各个开关的状态，观察显示值的变化并记录。
仿真结果见图14所示。
图14
3.控制电路的仿真实现
控制电路采用了两个按键，分别为“+”和“-”，用来调节设定电压，可以以0.1V的步进增加或减少。
当按下“+”和“-”键，产生的脉冲输入到74LSl92的CP、UP端或DOWN端来控制74LSl92的输出是作加计数还是减计数。
仿真结果如图15所示。
图15
4.数模转换电路的仿真实现
数模转换电路用四个单刀双掷开关按照二进制自然码顺序开关，使得每个开关都在运算放大器的同相端和反相端间切换，观察输出电压。
测试结果分析如图16所示，输出电压符合设计要求。
图16
5.输出电路的仿真实现
输出电路由运放NE5534和调整Q1构成，调整管采用大功率达林顿管2N6038（实际仿真中采用两个三极管来实现），运放和调整管组成射极跟随器，调整管的输出电压精确地与D／A转换器输出电压保持一致。
仿真结果如图17所示。
图17
6.设计总体图仿真
数控直流稳压电源的主要包括自制稳压电源、数控部分电路、显示电路、模拟/数字转换电路（D/A变换器）、过流保护及输出电路部分。
仿真结果如图18所示。
图18
六、结论与心得
直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。
一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。
本设计给出的稳压电源的输出电压范围为0～15V，额定工作电流为500mA，并具有“+”、“-”步进电压调节功能。
数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便、电压稳定性高的特点，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。
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，采用4位A／D转换模块完成电压的测量，并用数码管来显示其输出电压值，体现了测量的准确性和直观显示能力等优点。
通过本次课程设计，对模电、数电的知识有了进一步的巩固，掌握了proteus仿真软件的设计，提高了自己独立思考问题的能力。
当然在设计电路的过程中出现了一些问题，比如说一些元器件在proteus仿真软件中找不到，我就通过找资料了解其他元器件的功能，用其他元器件来代替。
当然仿真结果与实际值会有一定误差。
总之，本次课程设计感觉收获颇多，提高了各方面的综合能力。
七、参考文献
[1]童诗白，华成英.《模拟电子技术基础（第四版）》.高等教育出版社.
[2]王毓银.《数字电路逻辑设计（第二版）》.高等教育出版社.
[3]唐竞新.数字电子电路[M].第1版.北京：
清华大学出版社，2003.
[4]康华光.电子技术基础[M].数字部分.第4版.北京：
高等教育出版社,1998.
[5]《全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选》,北京理工大学出版社.
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