数字显示可调直流稳压电源的设计说明.pdf

.毕业设计(论文)说明书数字显示可调直流稳压电源的设计专业电气自动化技术班级 14 电气（2）班学生沛波指导教师盛继华2014 年 2 月-2014 年 6 月工业大学工业大学毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书成教学院（系）学院（系）电气自动化技术专业专业 2014 2014 级级 1 1 班班沛波沛波I / 21.毕业设计（论文）题目： 数字显示可调直流稳压电源的设计起止日期： 2016/04/2016/06/指导教师：盛继华毕业设计（论文）要求（包括日程安排和进度） ：任务：1、学习病床呼叫控制系统的特点，熟悉其工作原理，明确控制要求；2、选择 PLC 的病床控制系统的核心部件，完成系统的硬件和软件设计；3、完成控制系统中主要元件选型工作；4、完成调试工作；5、写出设计说明书。要求：1重视毕业设计工作，按时独立完成毕业设计（论文）任务书所规定的全部任务。2毕业设计说明书（论文）完备、容正确、概念清楚、数据可靠、文字通顺、书写工整，电路图规、标准。3熟悉论文中相关容，答辩时正确地回答以下问题。日程安排：2017/2/152014/3/30 下达任务书，收集资料，熟悉控制要求2014/4/12014/4/19系统的硬件设计2014/4/202014/4/31 系统的软件设计与调试2014/5/12014/5/14完成毕业设计论文2014/5/152014/5/31 对设计与论文进行整改和定稿2014/6/12014/6/10准备毕业答辩审查意见：院（系）负责人：年月日注 ：本任务书由指导老师填写并经审查后，复印一份交学生装订在毕业设计（论文）的封面之后，原件存主办源（系、单位）。II / 21.摘要随着科技的发展，电气、电子设备已经广泛的应用于日常、科研、学习等各 个方面。电源已经成为电气和电子设备中必不可少的能源供应部件，对电源的研 究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节，在推动科技发展中起着重要 作用。 本文介绍了一种数字显示连续可调直流稳压电源的设计方案，此方案应用 7824 与 7924 芯片组成稳压电源的电源模块， 用 ICL7107芯片组成了数显模块， 最 终通过两个模块的连接实现连续可调直流稳压功能。 同时，本文还对电源模块和 数显模块的基本原理，参数计算和性能指标等进行了分析讲解。 这种电源价格便宜，电路简单， 并且可通过旋钮在-24V24V围调节电压， 使用方便、安全、稳定性高。关键词：稳压电源 A/D 转换器 电源模块 稳压模块高级技师学院电气工程专业（论文）目录第一章绪论 . 11.1直流稳压电源的介绍 .11.2直流稳压电源的技术指标 . 13 / 21.1.2.1 描述输入交流电压变化对输出电压影响的技术指标 .11.2.2描述负载变化对输出电压影响的技术指标 . 21.3稳压电源的分类 . 3第二章电源总体方案确定 . 52.1 电源模块的选定 . 52.1.1 晶体管串联式直流稳压电路 . 52.1.2 用单片机制作的可调直流稳压电源 . 52.1.3 采用三端集成稳压器电路 . 62.1.4 方案的确定 . 72.2 显示模块的选定 . 72.2.1 采用双积分 A/D 转换器 MC14433 的方案 . 72.2.2 采用 ICL7107 的方案 . 72.2.3 方案确定 . 7第三章电源模块的设计 . 83.1 三端稳压器的工作原理 . 83.2 稳压器的主要参数 . 83.2.1 输出电压 V。 . 83.2.2 输出电压偏差 . 83.2.3 最大输出电压 ICM . 83.2.4 最小输入电压 Vimin . 93.2.5 最大输人电压 Vimax . 93.2.6 最小输入、输出电压差(Vi-Vo) .93.2.7 电压调整率 SV . 93.2.8 电流调整率 Si . 93.2.9 输出电压温漂 ST . 93.2.10 输出阻抗 Z。 . 103.2.11 输出噪声电压 VN . 103.3 7824 芯片的技术指标 . 103.4 7924 芯片的技术指标 . 113.5 电源模块的确定 . 123.6 电路参数的计算 . 133.6.1 输入电压 Ui . 133.6.2 变压器副边的输出电压 U2 . 133.6.3 整流二极管与滤波电容 . 133.7 电源电路原理图确定 . 14第四章数显模块的设计 . 154.1 A/D 转换器原理 . 154 / 21.4.2 ICL7107 简介 . 184.3 ICL7107 的管脚排列 . 184.4 ICL7107 功能说明 . 214.4.1 模拟部分 . 214.4.2 数字部分 . 23 4.5 元器件的选择 . 254.5.1 积分电阻 . 254.5.2 积分电容 . 254.5.3 自动教校零电容 . 264.5.4 参考电容 . 264.5.5 振荡器元件 . 264.5.6 参考电压 . 264.5.7 ICL7107 的电源供电 . 264.6 数显模块电路原理图确定 . 27第五章电路功能模块的连接 . 295.1 数显模块和电源模块的连接 . 295.2 总电路原理图图 . 29完毕语 . 30致 . 31参考文献 . 32附录 . 33附录 1：总电路原理图 . 33第一章 1.1 直流稳压电源的介绍绪论直流稳压电源又称直流稳压器。它的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源 的电压或负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。直流稳压电源分 连续导电式与开关式两类。前者由变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后 经整流、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压(或电流)。这 种电源线路简单、纹波小、相互干扰小，但体积大、耗材多，效率低 (常低于 40 60)。 后者以改变调整元件(或开关)的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。 这类电源功耗小， 效率可达 85左右。所以，80 年代以来发展迅速。从工作方式上 可分为：可控整流型。用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。斩波型。输 入是不稳定的直流电压，以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流，再经滤波后 得到稳定直流电压。变换器型。不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电， 再经变压、整流、滤波后，从所得新的直流输出电压取样，反馈控制逆变器工作频 率，达到稳定输出直流电压的目的。1.2 直流稳压电源的技术指标衡量一台稳压电源的好坏， 一方面要从功能角度来看， 即容量大小(输出电压和 输出电流)、5 / 21.调节围大小、效率高低等，人们称其为使用指标或性能指标 ;另一方 面要从外观、形状、体积、重量等直观形象来看，这些称为电气指标;更重要的是要 看它的质量高低，即输出电压的稳定度等，一般称为质量指标。下面重点介绍质量 指标。1.2.1 描述输入交流电压变化对输出电压影响的技术指标(1)稳压系数 稳压系数有绝对稳压系数和相对稳压系数两种。 绝对稳压系数表示负载不变而输入交流电压变化时， 稳压电源输出直流电压变化量U0 与输入交流电压变化量Ui 之比，即K=?U 0 ?U i(式 1.1)它表示输入交流电压变化U，引起输出电压变化U0 越小输出电压就越稳定。 这种表示方法在工程中常常用到。相对稳压系数表示负载不变时，稳压电源输出直 流电压 U0 的相对变化量U0/ U0 与输入交流电压 U，的相对变化量Ui/ U0 之比，即?U 0 S= ?U iU0 Ui（式 1.2）(2)电压调整率 电压调整率表示负载电流为额定值时输入交流电压在额定值上下变化 10%时， 稳压电源输出电压的相对变化量(百分数)，即Su =?U 0 100% U0（式 1.3)一般直流稳压电源的电压调整率为 1%，0.1%，0.01%等。有的也可以用绝对值表 示。1.2.2 描述负载变化对输出电压影响的技术指标(1)负载调整率(也称电流调整率) 在交流电源额定电压的条件下， 负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大 相对变化量，用百分数表示。 ?U i/ 100% U0Si =(式 1.4)6 / 21.(2)输出电阻(也称阻) 在额定输出电压的条件下，负载电流变化 ?I L 引起输出电压变化U0，则输出电 阻为R0 = ?U 0 ?I L(式 1.5)(3)纹波电压(现称周期和随机漂移，用 PARD 表示) 1）最大纹波电压 在额定输出电压和额定输出电流条件下， 输出纹波(包括噪声)电压的绝对值大 小， 通常以峰值或有效值表示。 2）纹波系数 在额定输出电压和额定电流条件下， 输出纹波电压的有效值 Urms 与输出直流电 压 U0 之比，即=U rms 100% U0(式 1.6)(4)温度漂移和温度系数 环境温度的变化会影响元器件参数的变化， 从而引起稳压电源输出电压的变化， 称为温度漂移。常用温度系数表示温度漂移的大小，温度每变化 1 0 C 所引起输出电 压值的变化 ?U uT 称为绝对温度系数，单位是 V/ 0 C 或 mV/ 0 C 。温度每变化1 0 C 所引 起的输出电压相对变化U0r/ U0T 称为相对温度系数，单位是%/ 0 C。 (5)漂移 稳压电源在输入电压、 负载电流和环境温度保持一定的情况下， 经过一定的工 作时间后元器件参数的不稳定也会造成输出电压的变化，慢变化叫做漂移，快变化 叫噪声。在一般使用中只考虑漂移就可以了。 表示漂移的方法有两种，一种是用指定时间输出电压值的变化U0 来表示;另一种 是用指定时间输出电压的相对变化Uot/Uo、来表示。考察漂移时间可以定为 1 分 钟、10 分钟、1 小时、8 小时或更长。1.3 稳压电源的分类现代应用的稳压电源的种类比较多，分类方式也很多。 按稳定对象分有交流稳压电源和直流稳压电源。是交流还是直流要看稳压电源 的输出电压是交流还是直流。 按稳定方式分，有参数稳压电源和反馈调整稳压电源。参数稳压电源电路简单， 利用元件的非线性实现稳压，结构也简单。比如，用一只电阻和一只可控硅稳压管 就能构成参数稳压电源。反馈调整型稳压电源是一个负反馈闭环自动调整系统，它 根据稳压电源的输出电压的变化量，经过取样、比较放大、再反馈给控制调整元件， 使输出电压得到补偿而趋于原值，从而达到稳定。此电路较复杂，但稳定度高。 按稳压电源的调整元件与负载的联接方式来分类，可以分为并联稳压电源和串 联稳压电源两种。调整元件与负载并联的叫并联稳压电源或分流稳压电源，它通过 改变调整管元件流过的电流的多少来适应输入电网电压的变化与负载电流的变化， 以保持输出电压的稳定。这种稳压电源效率较低，只有某些专用场合才适用。调整 元件与负载串联的稳压电源叫做串联稳压电源。 在这种稳压电源中， 调整元件串联 在输入端和输出端之间，输出电压就依靠调整元件改变自身的等效电阻来维持恒定。 按调整元件分，有辉光放电管稳压电源，稳压管稳压电源，电子管稳压电源， 晶体管稳压电源，可控硅稳压电源等。按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源 和开关稳压电源。所谓线性稳压， 就是其调整管工作在线性放大区。 这种稳压电源的主要优点是调压围宽、 稳定度高，但变换效率低;开关稳压电源的调整管工作在 开关状态， 主要的优越性就是变换效率高， 可7 / 21.达 70%一 95%。 根据需要， 还可以有其他分类方法， 例如集成电极输出型、 发射极输出型;高压、 低压;通用、专用等。第二章所研究稳压电源的技术指标如下： 输入电压： 输出电压：电源总体方案确定本课题要求电源可靠性高，电压调节方便，并且电压显示正确、稳定。 220V 交流电压；-24V24V 直流电压；2.1 电源模块的选定电源的设计方法有很多种,比较简单的有三种。2.1.1 晶体管串联式直流稳压电路电路框图如图2.1 所示,该电路中,输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压, 取样电压与基准电压进行比较得到误差电压,该误差电压对调整管的工作状态进行 调整,从而使输出电压发生变化,该变化与由于供电电压UI 发生变化引起的输出电压 的变化正好相反,从而保证输出电压 UO 为一恒定值(稳压值) 。因输出电压要求从 0V 起实现连续可调,因此要在基准电压处设计一辅助电源,用以控制输出电压能够从0V 开始调节。图 2.1 串联式稳压电源电路图单纯的串联式直流稳压电源电路是很简单的,但增加了辅助电源后,电路比较复 杂,由于都采用分立元件,电路的可靠性也难以保证。2.1.2 用单片机制作的可调直流稳压电源该电路采用可控硅作为第一级调压元件,用稳压电源芯片 LM317、LM337 作为第 二级调压元件,通过 AT89CS51 单片机控制继电器来改变电阻网络的阻值,从而改变 调压元件的外围参数,并加上软启动电路,获得 024V 电压,驱动能力可达 1A ,同时可 以显示电源电压值和输出电流值的大小。其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电 路、压差控制电路、稳压与输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数 据存储电路、单片机、键盘显示等几部分,硬件部分原理图如图 2.2 所示。图 2.2 用单片机制作的直流稳压电源电路图正、负端压差控制电路的作用是减少LM317 和LM337 输入端和输出端的压差以降 低LM317和 LM337 的功耗。稳压电路由三端稳压芯片LM317(负压用 LM337) 与外围器 件组成,输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。 电阻网络的每个电阻都需要 精密匹配,电阻的精密程度直接影响输出电压的精度。电压电流采样电路由单片机控 制实时对当前电压电流进行采样,以修正输出电压值。掉电前重要数据存储电路用以 保存当前设置的电压值,可以方8 / 21.便用户在重新上电后不用设置,而且也不会因为电压 值过高损坏用户设备。该电源稳定性好、 精度高,并且能够输出24V 围的可调直流电压,且其性能优于传统的可调直流稳压电源,但是电路比较复杂, 成本较高,使用于要求较高的场合。2.1.3 采用三端集成稳压器电路该电路框图如图 2.3 所示, 它采用输出电压可调且部有过载保护的三端集成 稳压器,输出电压调整围较宽,设计一电压补偿电路可实现输出电压从连续可调, 因要求电路具有很强的带负载能力,须设计一软启动电路以适应所带负载的启动性 能。该电路所用器件较少,成本低且组装方便,可靠性高。图 2.3 集成稳压器稳压电源设计2.1.4 方案的确定根据要求，我们要实现-24V24V 连续可调，这种要求属于日常应用，因此我们 就要做到尽量使电源制作简单， 成本低廉， 稳定性和精确性较高即可， 第 3 种方案 正好能满足要求，因此，选定采用三端集成稳压器组成稳压电路。2.2 显示模块的选定为了使稳压电源在使用中更加简便和更具人性化，增加一个数字电压显示模块 是一个既简单又实用的方法。 对于数显模块的选择，我们主要有两种方案。2.2.1 采用双积分 A/D 转换器 MC14433 的方案采用双积分 A/D 转换器 MC14433，它有多路调制的 BCD 码输出端和超量程输出 端，采用动态扫描显示，便于实现自动控制。但芯片只能完成 A/D 转换功能，要实 现显示功能还需配合其它驱动芯片等，使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电 路设计和实际焊接的工作。2.2.2 采用 ICL7107 的方案采用双积分 A/D 转换器 ICL7107， 它是大规模集成芯片， 将模拟电路和数字电路 集成在一个有 40 个功能端的电路， 包含了 A/D 转换、 逻辑控制、译码驱动等电路， 只需外接少量元件就能组成三位半数字电压表。电路设计简单，电路板布线不复杂，便于焊接、调试。电源采用稳压电源提供的5V 输出，显示部分采用共阳极数码管。2.2.3 方案确定由于采用 ICL7107 芯片连接简单， 材料便宜并且较精确， 因此， 在此次设计中 采用 ICL7107芯片组成的显示模块电路作为数显模块。第三章 电源模块的设计在第二章中，我们已经确定使用三端稳压器实现稳压电路，在三端稳压器中最 常用的就是78# 和 79# 系列芯片， 这种芯片的特点是价格低廉， 稳压性能好，组成电路简单等特点，又因为我们电源围是-24V24V，因此稳压电路我们就选用 7824 和 7924 芯片组成。3.1 三端稳压器的工作原理9 / 21.三端集成稳压器大多采用串联稳压方式。 从图 3.1 所示方框图中可以看出， 它由 启动电路、基准电路、误差放大器、调整管、取样电阻与保护电路等组成。它与分 立元件的串联调整稳压器电路工作原理完全相同。78#、 图 3.1 78#、79# 稳压集成电路原理框图3.2 稳压器的主要参数 3.2.1 输出电压 V。输出电压是指稳压器的各工作参数符合规定时的输出电压值。对于固定输出稳压 器，它是常数;对于可调式输出稳压器，它是输出电压围。 。3.2.2 输出电压偏差对于固定输出稳压器，实际输出的电压值和规定的输出电压 Vo 之间往往有一定的 偏差。这个偏差值一般用百分比表示，也可以用电压值表示。3.2.3 最大输出电压 ICM最大输出电流指稳压器能够保持输出电压不变的最大电流。3.2.4 最小输入电压 Vimin输人电压值在低于最小输入电压值时，稳压器将不能正常工作。3.2.5 最大输人电压 Vimax最大输入电压是指稳压器安全工作时允许外加的最大电压值。3.2.6 最小输入、输出电压差(Vi-Vo)它是指稳压器能正常工作时的输入电压 U 与输出电压八是最小电压差值。3.2.7 电压调整率 SV电压调整率是指当稳压器负载不变而输入的直流电压变化时，所引起的输出 电压的相对变化量。SV 常用下式表示:Sv =式中:Vo输出电压变化量; Vi输入电压变化量。?V 100%(% / v ) ?V ? ?V（式 3.1）电压调整率有时也用某一输入电压变化围的输出电压变化量表示。 电压调整车用来表征稳压器维持输出电压不变的能力。3.2.8 电流调整率 Si电流调整率是指，当输入电压保持不变而输出电流在规定围变化时，稳压器 输出电压相对变化的百分比，可用下式表示:Si =10 / 21.?Vo 100 % Vo（式 3.2）电流调整率有时也用负载电流变化时输出电压的变化量来表示。3.2.9 输出电压温漂 ST输出电压温漂也称输出电压的温度系数。其定义为，在规定的温度围，当 输入电压和输出电流不变时，单位温度变化引起的输出电压变化量，用公式表达为:ST =?Vo 100% ?T ? Vo（式 3.3）式中:T温度变化量。3.2.10 输出阻抗 Z。输出阻抗指，在规定的输入电压和输出电流的条件下，在输出端上所测得的交 流电压与交流电流之比，即Zo =dV o dI o（式 3.4）输出阻抗反映了在动态负载状态下，稳压器的电流调整率。3.2.11 输出噪声电压 VN它是指当稳压器输入端无噪声电压进入时，在其输出端所测得的噪声电压值。 输出噪声电压是由稳压器部产生的，它对许多负载是有害的。3.3 7824 芯片的技术指标7824 芯片参数如以下图所示图 3.2 7824 芯片参数3.4 7924 芯片的技术指标7924 芯片参数如以下图所示11 / 21.图 3.3 7924 芯片参数3.5 电源模块的确定7824、7924 芯片都是定值稳压芯片，而我们要求的是连续可调的直流稳压电源， 因此我们必须要设计一个电路，使7824 和 7924 组成的稳压电路可以实现调压功能。7824、7924 稳压集成电路 图 3.4 7824、7924 稳压集成电路电路如图 3.4 所示，由变压器输出交流双向电压经桥式整流对整流， C1、C2 滤波 得到一直流电压，其中变压器双电源的中心抽头作为公共接地端，然后分别把该直 流电压正负极接入 7824 的 1 脚和 7924 的 3 脚。 7824 的 3 脚接到电位器 w2 的滑动触片“d” 上， 7924 的 1脚接到电位器 w1 的滑动触片“c”上。当将触片“c”滑到“0”端接地 时，调节 w2，即可从“a”端得到正向可变电压；若将触片“d”滑到“0”端接地，调节 w1，在“b”端就可得到负向可变电压，将 w1、w2 换成同轴电位器，将获得正 负对称的可调电源，输出电压值连续可调，可达到同步调节的目的。3.6 电路参数的计算 3.6.1 输入电压 Ui输出电压 U0 应与稳压电源要求的输出电压的大小围相同，稳压电路的最大允 许电流ICM Io max3.6.3 整流二极管与滤波电容整流二极管 VD 的反向击穿电压 URM 应满足URM 2U 2（式 3.7）12 / 21.（式 3.8）额定工作电流 IF 应满足IF Io max滤波电容 C 的容量估算公式为（式 3.9）CIct ?Uip ? p（式 3.10）式中：Uip-p稳压器输入端纹波电压的峰-峰值 Ic电容 C 放电电流 t电容 C 放电时间，t=T/2=0.01S 滤波电容 C 的耐压值应大于 2U 2 ，也可用下式估算T Io max 2 C (3 5) Ui min（式 3.11）3.7 电源电路原理图确定根据以上各式确定数值后，电路图如下：图 3.5 电源电路原理图13 / 21.第四章数显模块的设计电源模块设计完成后，接下来就是数显模块的设计。根据前面介绍我们选定了 ICL7107 芯片作为数显模块，ICL7107 是一个 3 位半 A/D 转换器，是常用的数显模块 芯片，本模块设计的重点就是了解它的原理，确定他的参数参数，选择元器件并设 计出电路。4.1 A/D 转换器原理随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普与，在现代控制、通信与检测 等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由 于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等） ，要使计算 机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号； 而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为 执行机构所承受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电 路-模数和数模转换器。将模拟信号转换成数字信号的电路， 称为模数转换器 （简称 a/d 转换器或 adc,analog to digital converter） ,它主要用以下三种方法实现 A/D 转换：逐次逼 近法、双积分法、电压频率转换法。 (1)逐次逼近法 逐次逼近式 A/D 是比较常见的一种 A/D 转换电路， 转换的时间为微秒级。 采用逐次逼近法的 A/D 转换器是由一个比较器、 D/A 转换器、 缓冲寄存器与控制逻辑 电路组成，如图 4.1 所示。 基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝 码进行试探。图 4.1 逐次逼近式 A/D 转换器原理框图逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时， 先将逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 转换器，经 D/A 转换后生成的模拟量送入 比较器，称为Vo，与送入比较器的待转换的模拟量 Vi 进行比较，若 VoVi，该位 1 被 保留，否则被清除。 然后再置逐次逼近寄存器次高位为 1， 将寄存器中新的数字量送 D/A 转换器， 输出的 Vo再与 Vi 比较，若 Vo7V） ，此公共点的电压才有较 低的电压系数（0.001/V）和较低的输入阻抗（15） ，典型情况下的温度系数小 于 80ppm/oc。 另外，片上参考源的一些不足也必须充分予以重视。 在 ICL7107 中， 由于驱动 LED 数码管而导致的部发热会使性能下降。由于塑料的热阻比瓷的大，因此塑封 电路比瓷电路在这方面的性能要差，由于参考源的温度系数、片上功耗和封装的 热阻等原因，会使接近满量程16 / 21.时的噪声从 25Vp-p 上升到 80Vp-p 。 另外，高 功效（例如显示值为 1000，二十段显示）与低功耗（例如显示值为 1111，八段显示） 使得线性度之差会达到一个字，甚至更多。参考源有正温度系数的电路在量程溢出 时会多出几个字。这是因为溢出时三个低位数字均不显示，而处于低功耗状态。相 似地，参考源为负温度系数的电路会在溢出和非溢出读值之间来回交替变化。这是 由于芯片不断被加热和冷却的结果。所有这些问题在使用外部参考源时自然就解决 了。4.4.2 数字部分图 4.6 画出了 ICL7107 的数字部分框图，有 6V 稳压二极管和一个很大的 P 沟管子构成的源极跟随器形成了部数字地， 这样电源连续方式在背极 （BP）电压以方 波输出时可吸纳较大的容性电流。 背极电压的频率为始终频率除以 800， 在每次三秒 读数刷新速率时，它为 60Hz 的方波。标称电压幅度为 5V；LED 的端驱动电压与此背 极电压同频、同幅，不显示时为同相，显示时为反相，在各种条件下，字符段两端的平均电流电压可以忽略，字符段驱动电流为 8mA.图 4.6 ICL7107 的数字部分框图图 4.7 和图 4.8 画出了 ICL7107 的时钟连接方式，可在这两种基本的连接方式中选择一种使用。 1）如图 4.7 中所示，一外接振荡器连接到第 40 脚。 2）如图 4.8中所示，用三个管脚构成 R-C 振荡器。 该振荡频率被除以 4，然后再进入下一级计数器，以形成一个测量周期的三个阶 段。他们是信号积分阶段（1000 个计数值） ，参考源反向积分阶段（0 至 2000 个计 数值）和自动校零阶段（10003000 个计数值） 。在输入信号小于满量程时，自动校 零将参考源中为用足的部分进行反积分，这样，使得一个完整的测量过程为 4000 个 ，而与输入信号无关。 需要每秒三次的读数刷新速率时， 计数值（16000 个时钟脉冲） 可选用 48KHz 的振荡频率。 为使电路对 60Hz 的工频有最大的抑制能力， 信号积分阶段的时间应为 60KH 的 工频的整数值， 这样， 可选的震荡频率为 240KHz、 120KHz、 80KHz、 60KHz、 48KHz、 40KHz等，同样地，为了对 50KHz 的工频有最好的抑制能力，可选的振荡频率有 200KHz、100KHz、 40KHz 等。 请注意， 40KHz 额振荡频率 （每秒 2.5 个度数）， 对 50KH 和 60KHz的工频均有抑制能力（400Hz 和 440Hz 也可以） 。图 4.7 时钟电路 A图 4.8 时钟电路 B4.5 元器件的选择 4.5.1 积分电阻缓冲放大器的积分器都带有甲类输出放大器，静态电流均为 100A 左右。输 出为4A 时的非线性度很小，可忽略不计。积分电阻必须足够大，以使在整个输入 信号围的积分电流都落在这个线性度很好的区间。 同时积分电流又必须大到印 刷版上的漏电电流可以忽略。对于 2V 的满量程，470K 是最优的，满量程为 200mV 时，可选47K。17 / 21.4.5.2 积分电容积分电容的选择须使得最大电压摆幅不达到积分器输出电压的最大饱和摆幅，（约比电源和地低 0.3V 和高 0.3V） 。当 ICL7107 的模拟公共端做参考点时，积分器 输出满量程标称为 2V 时最正确，当 ICL7107 用+5V 电源供电，模拟公共端接地时， 3.5V 只+4.5V 的标称输出摆幅为最好。在每秒 3 个读数时，CINT 的标称值分别为0.22 F 和 0.10F。当然，在使用不同的震荡频率时，该电容的值也要往相反的方向进 行修正，以保持同样的输出摆幅。 选择积分电容的另一个要求时其漏电要小，以减少翻转误差。较适宜的电容式 聚丙烯电容，它的漏电几乎可以完全忽略， 而成本又很低。4.5.3 自动教校零电容自动校零电容的大小对系统的噪声会有些影响。在 200mV 满量程时，噪声显 得很重要。推荐使用 0.047F 电容，这样，噪声在合理围，同时，也加快了过载时的恢复速度。4.5.4 参考电容在绝大多数使用场合下， 0.1F 的电容效果最好。 然而， 当存在较大的共模电 压 （即REF LO 管脚未与模拟公共端连接）和使用 200mV 的满量程时，可选用较大的 电容，以防止产生翻转误差。一般地，1F 的电容在这种情况下可将翻转误差控制 在 0.5个显示字围。4.5.5 振荡器元件在所有的频率围，推荐使用 100K 的振荡电阻，振荡电容的值用下式进行 推算，f=0.45/RC。在 48KHz 振荡频率时（每秒 3 个度数） ，C=100pF。4.5.6 参考电压产生满量程读数值输出 （2000 个计数值） 所需的模拟输入电压为 Vin=2VREF,这样，对于 200mV 和 2V 的量程， VREF 应分别为 100mV 和 1V。 然而在许多应用场合， 该 A/D电路直接连接到传感器的输出，在数字输出和输入电压间就存在一量程因子的问题。例如， 在一称重系统中， 设计者可能会希望传感器的电压输出为 0.662V 时， A/D 转 换器的数字输出为满量程。这时，它应将传感器的输出电压直接接到 A/D 输入，参 考电压调至 0.331V， （而不是将传感器的输出电压衰减至 200mV） ，并将积分电阻和积分电容选至适宜的 120K 和 0.22F。这样会使系统显得简洁，并去掉了输入端的衰减网络。 在用5V 供电的 ICL7107 的输入端可承受4V 的输入信号，这类系统的另一个 优点是在输入电压 VIN0 时， 可将输出数字读数调为零。 这对于测温和称重系统就 是一个例子： 为方便地将数字输出调为零， 可将传感器的输出电压接至 INHI 和 COMMON 端，可调整的（或固定的）调零电压加在 COMMON 和 IN LO 端。4.5.7 ICL7107 的电源供电ICL7107 设计工作于5V 的电源电压，如果负电源没有时，可利用时钟输出信 号，外接 2 只二极管、2 只电容和一块廉价的继承电路来产生这个负电源，如图 4.9 所示。18 / 21.电压产生-5V 的电源电压 图 4.9 从5V 电压产生事实上，有些系统式可以不用负电源的， 用单一+5V 供电的前提条件是： 1.输入电压可以公模方式的中心电压为参考。 2.输入信号电压小于1.5V。 3.采用外接参考源。4.6 数显模块电路原理图确定根据以上确定的参数最终设计的显示模块电路如图 4.10图 4.10 数显模块原理图第五章电路功能模块的连接5.1 数显模块和电源模块的连接数显模块和电源模块的连接，采用数显模块的负测量端、ICL7107 芯片的 21 引 脚和电源模块的接地端共同接地，数显模块的正测量端和电源模块的正、负电压输 出端通过一个双向开关连接， 当开关打向上端时， 通过调节滑动变阻器 W2 就可以得 到需要的正输出电压，电压值直接显示在数显模块上，当开关打向下端时，通过调 节滑动变阻器 W1 就可以得到需要的负输出电压，并电压值直接显示在数显模块上。5.2 总电路原理图图根据以上设计，连接后的总电路原理图见附录 1完毕语本次毕业设计，介绍了一种可调直流稳压电源的方案，从理论计算方面叙 述了此方案的原理和电路图，同时通过试验验证了方案的可行性。 此电源相对于相对于一般的直流稳压电源，有以下几个特点： 1）元器件购买 方便。此方案应用的元器件无论是 7824、7924 还是ICL7107 都是市场上最常见的 元器件之一，购买这些元器件很方便。 2)电路简单。此电源仅仅应用 3 个芯片便组 成了一个完整的稳压电源。 无论是批量生产还是单个制作， 都很方便。 3）价格便 宜。构成此电源的元器件都是市场上很便宜很常见的器件，成本低廉。 4）可调节 电压。 与一般定值直流稳压电源相比， 此电源可以通过调节来获得不同的电压值，这样就可以省去大量的应用成本，用一个直流稳压电源就可以实现多个不同电压值 的直流稳压电源的功能。 这次设计中，遇到了很多问题，知识储备的贫瘠，专业技能的欠缺，以与对毕 业设计的不熟悉，对本次设计或多或少的都有些影响，当然， 在老师的帮助下，都 一一解决了难题。 由于能力有限，本次设计中难免有很多缺点和不足，希望各位老师、同学指点、 改正。致本次设计是在盛继华老师悉心指导和亲切关怀下，通过不断的学习、讨论、实践 和修改完成的。在每一阶段盛继华老师都给了我很大的帮助和启示，使我学到了更多 的知识，从而19 / 21.顺利的完成了毕业论文。在此，谨致以衷心的感和崇高的敬意祝 愿老师身体健康，工作顺利，事业上取得更大成功。 我还要深深感我的家人，是他们给予了我物质上的资助和精神上的鼓励， 使 我渡过了一个快乐的有意义的大学生活。最后要感的是各位参与毕业设计的老师和答辩组成员， 感你们对我们毕业 设计的关心和操劳。 再次真诚的感所有在我二年读书期间帮助过我的老师、同学、朋友以与家人， 祝大家一生平安。附录附录 1：总电路原理图20 / 21.21 / 21