【導(dǎo)讀】大到超級計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下。常用的穩(wěn)壓電源有交流和直流之分，當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差。不可否認(rèn)電源已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于我們生活的方方面面，所以，學(xué)習(xí)并了解電源的制作原。理和技術(shù)對于我們的生產(chǎn)和發(fā)展都具有積極的意義。的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。本文主要設(shè)計(jì)并制作數(shù)字顯示的直流穩(wěn)壓電源。本電源作為一個(gè)微型啟動器，具有可調(diào)整電壓，調(diào)壓范圍是，而且具備輸出電壓可以顯示的功能。穩(wěn)壓部分用三端集成穩(wěn)壓管LM317完成，數(shù)字顯示部分用ICL7107芯片完成。應(yīng)用非常廣泛的集成芯片，內(nèi)置程序，可以直接驅(qū)動LED數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)的顯示部分是采用ICL7107. 成本低，效率高，調(diào)整精度高等優(yōu)點(diǎn)，在市場上有很好的應(yīng)用前景。

　　

【正文】 成電壓轉(zhuǎn)換芯片和 AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)制作 數(shù)字電壓表，具體方法是 A/D轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)的控制下完成對模擬信號的采集和轉(zhuǎn)換功能，最后由數(shù)碼管顯示采集的電壓值。 這種方法具有精度高和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)而 且功能強(qiáng)大，但是手工制作電路的話比較復(fù)雜，而且需要編程。所以最終決定用 ICL7107芯片制作數(shù)顯電壓顯示電路。 ICL7107是應(yīng)用得比較成熟的芯片，二這種三位半的 ADC的顯示精度對于本設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠了。 基于 ICL7107的數(shù)顯電壓顯示電路簡單可靠，雖然它只是三位半的 AD 轉(zhuǎn)換器，但是已經(jīng)可以滿足日常的電壓測量或者電壓顯示的要求，所以這種電路應(yīng)用非常廣泛，它的具體電路原理圖如圖 13所示。 19 圖 13 基于 ICl7107的數(shù)顯電壓顯示電路原理圖 ICL7107是一種內(nèi)置程序的芯片，所以可以直接使用，免去了編 程的麻煩。 ICL7107本身帶有段式輸出，直接連接到 LED上就可以 顯示 了 ， 顯示用的數(shù)碼管應(yīng)為共陽 極數(shù)碼管。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)不需要用到 20V以上的電壓值，所以此數(shù)顯電壓表的量程為 。 ICL7107芯片的最大量程可以到達(dá) ，如果需要用到其他的量程，可以通過修改輸出端電阻的參數(shù)來達(dá)到目的。 參數(shù)的計(jì)算 系統(tǒng)時(shí)鐘由 IC的 3 3 40 腳決定。內(nèi)部振蕩頻率為 48Hz，顯示每秒刷 三 次。 振蕩器頻率 ： fosc = 20 Cosc 50pF Rosc 50KΩ fosc = 48K Hz (典型值 ) 振蕩周期 ： Tosc = RC/ 所以， 38腳的 C4取 100pF， 39 腳的 R5取 100KΩ 。積分電路由 IC的 2 28腳決定。 積分時(shí)鐘頻率 ： Fclock = Fosc / 4 積分周期 ： Tint = 1000 (4/Fosc) = 1000 (4/48K) = 滿量程模擬輸入電壓 ： Vinfs = 200mV (典型值 ) 最佳積分電流 ： Iint = 4uA 積分電壓 ： Vint = 2V 積分電阻 ： Rint = Vinfs / Iint = 200 mV/ 4uA = 50KΩ 積分電容 ： Cint = (Tint)(Iint) / Vint = 4uA / 2 = uF 所以， 27腳 C3取 ， 28的 R4取 47KΩ 。 C2用于防止系統(tǒng)噪音的影響以及過載輸入時(shí)電路的恢復(fù)， 29腳的 C2取 。 參考電容 ： Cref 1uF C1為參考電容，我們?nèi)?。 電阻 R2用于調(diào)整參考電 壓，參考電源為 0~200mV可調(diào)。 R3 用于電壓校準(zhǔn)。 參考電 壓 與輸入電壓的關(guān)系為 ： Vin = 2Vref 如果要求電壓表的量程 0~，參考電壓應(yīng)設(shè)置為 100mV。 如果需要需要測量的電壓大于 200mV，就要通過分壓電路來實(shí)現(xiàn)。由于我們電源的指標(biāo)是5~12V，所以要求電壓表的量程為 0~20V。 下面以 20V來進(jìn)行分壓電阻（ Rx）的計(jì)算，這里我們設(shè)定 R4 形成的參考電壓為 100mV， R2為 1KΩ ，落在 R2上的電壓降為 2100mV = ， Rx計(jì)算如下：2 0 0 . 2 990 . 2x URkI ?? ? ? ? 為了方便電阻選擇，選用 100 KΩ 電阻，其誤差可通過調(diào)整 R2來彌補(bǔ)。 元件的選擇 21 制作時(shí)，顯示用的數(shù)碼管為共陽型， 2 KΩ可調(diào)電阻最好選用多圈可調(diào)精密電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其他器件選用正品即可。 R1選用 100KΩ的金屬膜電阻， R2選用 2KΩ的多圈可調(diào)精密電阻， R3選用 24KΩ的金屬膜電阻， R4選用 1KΩ的多圈可調(diào)精密電阻， R5選用 47KΩ的金屬膜電阻， R6選用 100KΩ的金屬膜電阻。 C1 選用 CCB電容， C2 選用 的 CCB電容， C3選用 ， C4選用 100 pF的 CCB電容。 ICL7107的校準(zhǔn) 首先，先校準(zhǔn)參考電壓，用萬用表測 IC的 35和 36之間的電壓，是否為 100mV，如不是，則需要調(diào)節(jié)電位器 R4使兩端電壓為 100mV。然后，用萬用表測電源的輸出，如 ，然后通過調(diào)節(jié)電位器 R2，使 LED上的數(shù)值與萬用表上的一致。這樣，校準(zhǔn)工作就算完成了。 經(jīng)過校準(zhǔn)后， ICL7107和萬用表的絕對誤差只有 。 ICL7107的供電電源 如圖 18所示， ICL7107芯片 需要 +5V和 5V的雙電源供電。所以需要額外做一個(gè)供電電源，以下有三種方案： 方案一：用 7805和 7905三端集成芯片提供 +5V和 5V的電壓，正負(fù) 5V供電電源電路原理圖如圖 14所示。 T R 1T R A N 2P 3 SC147 0 uC247 0 uC347 0 uC447 0 uB R 1K B P C 8 0 0VI2VO3GND1U179 0 5VI2VO3GND1U279 0 6 圖 14 正負(fù) 5V 供電電源原理圖 22 這種電路時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的雙電源電路，能夠穩(wěn)定提供正負(fù) 5V的直流電壓，但是需要用到 7805和7905穩(wěn)壓模塊，增加了電路成本。 方案二：利用 LM317集成穩(wěn)壓模塊做一個(gè) +5V的電源，再利用 ICL7660芯片把 +5V電源變成5V的電源。 ICL7660是哈里斯公司采用 CMOS工藝制成的高效率、小功 率、低壓直流電源變換器，亦稱DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器，國 產(chǎn)型號為 5G7660，它不僅能將單電源轉(zhuǎn)換成對稱輸出的雙電源，還能通過幾片串聯(lián)方式獲得多倍壓輸出，其空 載時(shí)轉(zhuǎn)換效率高達(dá) %，帶負(fù)載后轉(zhuǎn)換效率仍可達(dá) 95%，ICL7660本身耗電小于 ，卻能向負(fù)載提供 10~20mA 的電流，其外圍電路十分簡單，只需接兩只電容即可工作。 ICL7660+5V轉(zhuǎn) 5V電路原理圖如圖 15所示。 GNDVDD(5V)IN4148Diode10uFC110uFC212345678ICL7660GNDVO=5V 圖 15 ICL7660+5V轉(zhuǎn) 5V電路原理圖 這種方案也是比較常用的方案，但是缺點(diǎn)也是增加了電路成本。 方案 三：用 LM317集成穩(wěn)壓模塊制作一個(gè) +5V的電源，然后 用一只 NPN三極管，兩只電阻，一個(gè)電感來進(jìn)行信號放大，把芯片 38腳的振蕩信號串接一個(gè) 20K－ 56K的電阻連接到三極管 “B”極，在三極管 “C” 極串接一個(gè)電阻（為了保護(hù)）和一個(gè)電感（提高交流放大倍數(shù)），在正常工作時(shí)，三極管的 “C” 極電壓為 － 。這樣，在三極管的 “C” 極有放大的交流信號，把這個(gè)信號通過 2只 4u7電容和 2支 1N4148二極管，構(gòu)成倍壓整流電路，可以得到負(fù)電壓供給ICL7107的 26腳使用。 23 完整顯示電路就如圖 16 所示。 圖 16 單電源供電的 ICL7107電路原理圖 經(jīng)過考慮，最終選擇了方案三，因?yàn)檫@樣做既節(jié)省成本，又方便焊接且滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過測試，數(shù)顯電壓表正常工作。 24 仿真圖 25 26 系統(tǒng)總圖 27 體會 經(jīng)過幾個(gè)月的奮斗，終于把我的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了。在高興之余，也有很多感觸。 在此次數(shù)字顯示可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)中，充分的體現(xiàn)出大學(xué)的知識是綜合性的，是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力靈活運(yùn)用個(gè)方面知識的具有挑戰(zhàn)性的課題。 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)了自己存在著很多的不足，對書本的知識運(yùn) 用的也不是很熟練。但是，經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)我對知識的掌握程度有了很大的提高，更是很好地培養(yǎng)了我的動手能力，使我獲益良多。 在本次設(shè)計(jì)的過程中，因?yàn)閷﹄妷旱募y波沒有特殊的要求，普通的穩(wěn)壓集成電路就基本可以滿足要求了。本設(shè)計(jì)的輸出電壓精度比較高，而且輸出可調(diào)，可以作實(shí)驗(yàn)電源使用。在做設(shè)計(jì)的過程中，我遇到了很多難題和挫折，看似原理比較簡單的電路，要自己動手設(shè)計(jì)并且做出實(shí)物，其實(shí)是很難的一件事。主要的原因是我們平常大多數(shù)時(shí)間是學(xué)習(xí)理論知識，很少機(jī)會自己動手設(shè)計(jì)電路。查找資料也花了比較多的時(shí)間，這提醒我們一定要 學(xué)會理論聯(lián)系實(shí)際，把書本上的知識和實(shí)際的電路設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，這無論對我們以后的學(xué)習(xí)或者工作都是有很大幫助的。 通過本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我學(xué)過的專業(yè)知識得到了很大的鞏固，也使我學(xué)習(xí)的各種知識得到了有機(jī)的整合，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)際的真正意義的結(jié)合。不僅如此，還大大地提高了我的動手能力，考驗(yàn)了我們借助互聯(lián)網(wǎng)搜索相關(guān)文獻(xiàn)，還有組織材料的綜合能力。從中能夠加強(qiáng)自我認(rèn)知，認(rèn)識到自己在哪方面有欠缺，一邊能在日后的學(xué)習(xí)或工作中得到改進(jìn)和提高。 結(jié)論 電源的調(diào)壓范圍是 ，最大輸出電流為 ，電源的調(diào)壓精 度較高，顯示準(zhǔn)確，紋波系數(shù)較低，能夠驅(qū)動小功率負(fù)載。 28 參 考 文 獻(xiàn) [1] 邱關(guān)源 .電路 [M].北京：高等教育出版社， [2] 康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分 [M].北京：高等教育出版社， [3] 李祥臣 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 [M].北京：高等教育出版社， [4] 童詩白，華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：高等教育出版社， [5] 潘永雄，沙河，劉向陽 .電子線路 CAD實(shí)用教程 [M].陜西：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020，9 [6] 彭小峰 ,雷李 ,張里 .基于 Proteus和 Keil的整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室 [J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 ),2020年 04期 [7] 周潤景 ,張麗娜 .基于 Proteus的電路及單片機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與仿真 [M].北京 :航空航天大學(xué)出版社， 2020. [8] 周潤景 .Proteus在 MCS51amp。ARM7畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用百例 [M].北京電子工業(yè)出版社 2020 [9] 李海鯤 ,Proteus在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].電腦知識與技術(shù) ,2020年 35期 [10] 樓然苗 ,51單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例 [M].北京：北京航空航天技術(shù)出版 社 ,2020 29