数控数显直流电压源的设计

第6卷第2期Vo.l 6,No .2滨州职业学院学报Journal o f B inzhou Vocati o na l College2009年5月M ay ,2009*收稿日期:2008-11-07第一作者简介:张泽礼(1956 ),男,山东滨州人,滨州职业学院工业工程系教授;研究方向为工业自动化控制、仪表及测量技术。

数控数显直流电压源的设计*张泽礼1,翟拥军2(1.滨州职业学院,山东滨州256603;2.滨州技术学院,山东滨州256600)摘 要:介绍了采用双积分A /D 转换器I CL7107、数字电位器MAX5451、可调电压源、LED 数码管等组成的数控电压源电路,实现了电压可预置、可步进调整、可直接数字显示输出电压及输出电流的功能。

该电路具有结构简单、性能可靠、带负载能力强、调试方便、性价比高等优点。

关键词:数控;电压源;步进调整中图分类号:TB 47文献标识码:A文章编号:1178(2009)02 0031 04电源是电子设备的重要组成部分,尤其是直流电压源应用更为普遍。

随着信息时代的飞速发展,电源设备也逐渐向数字化方向发展。

可调电压源在教学实践中经常用到,传统的可调电压源由于采用普通的电位器控制,容易出现电流波动大,不易准确调整等缺点。

本文介绍一种采用双积分A /D 转换器I CL7107、数字电位器MAX5451、电压-电流转换电路、LED 数码管等组成的数显可调电压源,实现了电压可预置、可步进调整、可直接数字显示的功能。

1 系统总体方案设计1.1 系统总体结构设计及说明图1 数控电压源系统图图1是本设计方案的系统图。

该系统由电源电路、数字电位器、A /D 转换电路、显示电路、可调电压源电路五部分组成。

输出电流的大小调节通过 +!、 -!按键控制,数字电位器的输出分两路运行:一路用于驱动数显电路,指示输出电压或电流的数值;另一路经过U /I 转换电路将电压输出转换为电流输出。

为了实现上述几部分电路的正常工作,需另制24V 、∀12V 和∀5V 的稳压直流电源。

1.2 具体实现电路根据以上数控直流电压源的方框图,采用集成电路设计了输出电压为1.2~20V 的数控电压源,具体电路原理如图2所示。

两按钮开关作为电压调整键与数字电位器输入端相连,数字电位器的输出用于驱动数显电路,指示输出电压的大小,同时进入D /A 转换电路,数字信号转换为模拟信号,输出电压信号。

按动按键,使电压步进值为73.24mV;电压范围1.25~20V 。

滨州职业学院学报第6卷图2 数控电压源原理图2 各模块功能2.1 可调恒压源电路恒压源电路是数控直流电压源的核心部分,其作用是用电压控制输出电压的变化。

本设计采用了可调三端集成稳压器L M 317、集成运放、基准电阻等组成。

根据运放的特性,V +=V -,忽略基极电流,则电压源的输出电压:V 0=(1+R 9R 8)V i +1.25。

其中V i 是集成运放的同相输入端输入电压。

取输出电压最大值20V,由于数字电位器的VOH 端电位不应超过2.5V,因此选择R 9=6.5R 8,为了保证准确度,R 8、R 9选用5道环的金属膜电阻。

这样输入电压在0~2.5V 之间变化,输出电压在1.25~20V 之间变化。

集成运放采用MA337,电源电压最大∀36V 。

2.2 显示电路显示电路采用数字式显示,该部分包括I C L7107A /D 转换器和LED 数码管。

总体电路如图3所示。

图3 数字电位器内部结构I CL7107A /D 转换器是可以直接驱动7段发光二极管的A /D 转换器,内含时钟脉冲发生器(外附RC);它与LED 数码管组合起来,即可构成312位的数字电压基本表,其最大量程为200mV 。

当S 与a 端接通时,显示输出电流,显示最大电流2A,测量的精确度与电阻R 1有关。

当S 与b 端接通时,用于显示输出电压。

2.3 电源电路图4 数控电源供电电路其电源供电电路如图4所示。

该电路由变压、整流、滤波、稳压等部分组成。

变压器采用100VA,初次级之间良好的隔离的多路输出的工频变压器。

利用三端稳压器7805、7905和7824、7924输出∀5V 和∀24V,为控制电路提供稳定的直流电压,恒流源电路由24V 未稳直流电源供电。

32第2期张泽礼,翟拥军 数控数显直流电压源的设计2.4 控制电路控制电路采用了数字电位器。

数字电位器也称数控电位器,其内部结构如图4所示,由数据输入、E2PROM、译码器、多路开关和电阻矩阵组成。

输入数据有两种方式,一种是I2C总线输入,一种是加减计数器产生。

前者可用于M C U控制,后者可用于手动控制。

E2PROM能够长期保持输入数据,译码器用于十进制数字电位器,二进制数字电位器可不必使用译码器。

多路开关根据输入数据选择电阻矩阵的分压比。

这样通过改变E2PROM 的数据即可以改变电阻的分压比,实际上数字电位器具有DAC的作用,所以又叫RDAC。

数字电位器与机械电位器相比较,具有无触点改变阻值、耐震动、噪声小、寿命长、抗环境污染等重要优点,在自动检测与控制、智能仪表仪器、消费类电子产品等领域都得到成功应用。

在综合各个方案的基础上,本设计采用了MAX545X系列双数字电位器。

该系列包括MAX5451(10k )、MAX5453(50 k )和MAX5455(100k )3种型号。

本设计采用的是MAX5451双数字电位器。

它具有体积小、功耗低、工作电压范围宽、温度稳定性好、调节精度高和控制方便、灵活(可用微处理器直接控制)等特点。

MAX5451采用14引脚的TSSOP型封装,内部结构如图5所示,由上电复位电路、增/减计数器、译码器和电阻阵列等4部分组成。

CS1、U/D1和I N C1用于电位器1的阻值控制。

在CS1=0!时,U/D1=0!,每个I NC1端的下降沿使电位器1的阻值减小1个刻度值(即W1向下滑动1个刻度);U/D1=1!,每个I N C1端的下降沿使电位器1的阻值增大1个刻度值(即W1向上滑动1个刻度)。

CS2、U/D2和I N C2用于电位器2的阻值控制,其控制过程同电位器1。

在上电复位时,W1和W2都处于中间位置(即刻度值为128)。

MAX5451具有调节精度高,滑动端分为256挡,每挡之间的阻值是39 ;功耗低,最低工作电流为0.1 A;电压范围宽,单一电源电压范围为2.7~5.5V;1块电路中有2个独立的电位器;温度稳定性好,温漂系数小(3.5#10-5/∃)。

图5 M AX5451内部电路工作温度范围为-40~80∃;上电或重启时滑动端位于中间位置(即刻度为128);滑动端在滑动过程中(电阻单元之间切换)无扰动的电气特性。

MAX5451的引脚功能如表1所示:表1 M AX5451数字电位器引脚功能表引脚号名 称功 能1CS1电位器1的片选端2U/D1W1位置的上/下控制端3U/D2W2位置的上/下控制端4VDD电源(2.7~5.5V)5W1电位器1的滑动端6H1电位器1的高端7L1电位器1的低端8L2电位器2的低端9H2电位器2的高端10W2电位器2的滑动端11GN D地,与VDD之间接0.1 F的电容器12I NC2W2滑动位置控制的脉冲输入端13I NC1W1滑动位置控制的脉冲输入端14CS2电位器2的片选端3 系统调试过程与测试结果在负载上并入412位数字万用表的直流电压档,将MAX5451的W端调至H端电位,调节电位器W2使得本装置显示电压与412(下转第75页)33第2期贺香玉 关于企业家道德人格的思考(四)培养企业家的自主自强精神自主是企业家心理发展的客观需要,一方面,随着人生的角色转变,每个企业家都会面临着生理上的自理,管理上的自治,思想上的自我教育,目标上自我选择,这一重大的转折,要求每个企业家自主地去解决。

另一方面,随着自我意识的发展,企业家更加强烈地意识到自我!,进而判断、选择并表达着自我!。

人首先能够支配自己,才能支配他者。

自主作为道德人格心理的内容之一,要求企业家做到以自明作为基础和出发点,以自爱、自尊、自强、自信为内容,充分发挥自身的主体性和能动性,实现个体意识乃至言行的他律!向个体内心自律!的转变,使企业家能够自我审视、自我判断、自我选择、自我约束、自我欣赏、自我发展、自我满足,不断追求及升华自我!。

自强是中华民族贯通古今的民族精神,正是自强不息的伟大精神力量。

企业家是承前启后、继往开来的重要一代,他们树立什么样的理想,具有什么样的能力,对于祖国和民族的未来关系重大。

自立自强是一个人在崎岖的人生之路上的得力拐杖,是百折不挠地向着目标挺进的内在支柱,有助于人的创造性发挥。

中华民族复兴的事业,不是一两代人就能完成的,如果企业家能淡泊名利、自强不息、勇于探索、开拓创新,我们的国家就会迎来更加灿烂辉煌的明天。

参考文献[1]本报评论员.道德是市场经济的基石 三鹿奶粉!事件警示之二[N].人民日报,2008 10 04(2).[2]周玺柱.论培育企业家成长的环境及机制[J].煤炭经济研究,2003(6):67 68.[3]何利强.论中国企业家的道德构建[J].湖南省社会主义学院学报,2004,17(1):48 49.(责任编辑巩旭彦)(上接第33页)位数字万用表输出电压相同。

使用时用K1选择升降,按压SB实现步进调整。

4 结论该电路已经过实验室初步使用,效果良好。

但是其输出电流在1A以下,要获得更大的输出电流,可以使用功率管进行电流扩展。

该装置获得山东省大学生电子设计大赛二等奖。

参考文献[1]王新贤.集成电路速查手册[M].济南:山东科学技术出版社,2005.[2]邓泰林.新型万用表使用手册[M].福州:福建科学技术出版社,1997.[3]林占江,林放.电子测量仪器原理与使用[M].北京:电子工业出版社,2007.[4]沙占友.数字万用表的原理、使用与维修[M].北京:电子工业出版社,1992.[5]沙战友.数字电位器应用指南[M].北京:化学工业出版社,2008.(责任编辑邹向英)75。