【摘要】设计了一种简易数控电源，电路包括电压设置按键、计数脉冲产生电路、计数电路、D/A转换电路和稳压电路五部分电路组成，本电路电压输出稳定，电压变化范围在0～12.7V，步进为0.05V。经测试，此输出电压稳定性好并且精度较高，操作方便快捷，人机界面友好，具有较高的实用性。
【关键词】数控电源;D/A转换;便捷
引言
从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，而电源技术的发展对提高一个国家劳动生产率的水平，具有举足轻重的作用。在电源种类繁多和技术的多样化中，不断地提出了更多、更高、更先进的要求来迎合当今时代的步伐。电源设备是电子仪器的一个重要组成部分，通常有直流电压源、直流电流源、交流电压源和交流电压源等。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，数控电源的已是当今研究的主流[1-3]。
所谓数控电源，就是电源的输出电压受输入数字量的控制。如8位的数字量，当全零时输出为0V，当全1时输出为25.5V，数字量每增加1，输出增加0.1V，只要输入的数字量改变了，就可以得到对应的稳定的输出电压。三位同学在老师的指导的下，学习了模拟电路和数字电路，设计出了简易的纯数字电路控制的数控直流稳压电源，通过仿真和电路制作并调试，实现了功能。具有电路简单，控制灵活，误差小等特点。
1.系统总体设计
数控稳压电源要求输出电压值的设置，一般通过设置按键与输出电压显示结合进行设置。设置电路由按键、脉冲产生电路和计数电路组成。输出电路由D/A转换电路、稳压电路和显示组成，具体框图如图1所示：
图1 总系统硬件框图
2.各部分模块电路设计
2.1 设置电路
设置电路有四个按键，分别是步进、步退、快进和快退，如图2所示。步进按键后连两个施密特反向器和555单稳态消抖电路，既可消抖又可波形整形的作用，如图3所示。
连续脉冲由555多谐振荡电路产生，其振荡频率由总步长与在总步长内预定完成时间决定。
用或门实现快进和步进的的切换。
当按下并释放单脉冲按钮一次时产生一个单脉冲。
当不按多谐振荡按钮时，无振荡脉冲，按下时产生连续的多谐振荡脉冲。
图2 按键设置电路
图3 单稳态消抖电路和555连续脉冲产生电路
2.2 计数电路
脉冲产生电路主要提供单脉冲或连续脉冲作为计数电路的输入计数脉冲。计数电路一般由8位二进制计数器组成。常用的4位二进制计数芯片有74LS161、74LS191、74LS193、40193 等。这里选用2片74LS193组成异步加法计数器，如图4所示。本电路计数从00到FF计数，即256进制。
图4 计数电路
图5 D/A转换电路
2.3 D/A转换电路
D/A转换的基本思想：数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位代码都有一定的权值，将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，从而实现数字量–模拟量的转换。D/A转换采用DAC0832转换芯片，不需两级缓冲，采用两级直通的控制模式，如图5所示。其电压与输入二进制的转换关系公式为：
2.4 参考电压的设置电路
参考电压的准确程度直接影响着D/A转换的精度，所以一般要求参考电压用专用的基准电源芯片供给。这里采用LM317提供基准电压，此基准电压给D/A转换电路提供基准电压用。如图6所示。
图6 LM317电源电路
3.设计流程
如图7所示，为数控电源的设计流程。
图7 数控电源设计流程
D/A芯片参考电压值的确定：
根据输出电压的计算公式可以知道，参考电压的值由数控稳压电源设计的最大输出电压、最大的数字值，以及步进电压值，RF 、R1的值共同决定。
如本电路设计的最大输出电压为12.7V，步进为0.05V， RF=R1，则：
如果VREF太大，可外接RF，若要求参考电压为正，则输出再接一级方向器。
4.电路设计与制作
图8为数控电源仿真总图，图9为简易数控电源的实物制作图。
图8 数控电源仿真总图
图9 数控电源实物图
5.检测和调试
5.1 通电前检测
（1）先用万用表电阻挡，检测各组电源输入端分别是否短路。
（2）按照各集成块的引脚排列图，先用万用表蜂鸣器挡检查各集成块的电源VCC端及接高电平的引脚与电源+5V端或者+15V端（U6，U7）是否通，接地端与电源GND端是否通，U7的VSS端与-15V是否通。
5.2 通电后的检测
5.2.1 脈冲产生电路的检测和调试
先将J5加+5V，J2与J5的GND相连。
（1）将两个555插到U2E、U6E上，检测多谐振荡器的工作情况。用万用表直流电压20V档，测量输出U2E、U6E的3脚的直流电压，测得此处电压在3.5V，故此电路为多谐振荡，工作正常。再插上U2（40106），当对应的按键B3、B1按下时，用万用表直流电压20V档，测量输出U2E、U6E的3脚的直流电压，电压在3-3.5V左右，不按时电压为0V，说明电路在振荡。
（2）再分别检测单步脉冲发生器电路工作情况。
插上CD4016按单步增（B4）或单步减（B2）按键，检测4016的6或10脚，快速按下并释放后电压是否有所增加，有变化说明有单步脉冲产生。
（3）再插上74LS02到U4，在1和4脚重新观测4个按键的单脉冲和连续脉冲是否正确。
参考数值：
测1脚（进）：
按键B3 连续脉冲，电压输出值1.1～1.3V
按键B4 单脉冲，电压5V，0V切换
测4脚（退）：按键B1 连续脉冲，电压输出值1.1～1.3V
按键B2 单脉冲，电压0V，5V切换
5.2.2 计数电路的检测和调试
插上两块74LS193（U5B、U4B），测两块的输出Q3～Q0，组成的8位二进制数（U4B为高4位，U5B为低4位），按单步进按键，记录8位二进制数，看是否加1变化。或按单步减按键看8位二进制数是否减1变化。
5.2.3 D/A转换电路的检测和调试
插上DAC0832。J4接入+15V和-15V。
（1）调整DAC0832的参考电压VREF（U6的8#）。调整多圈精密电位器RV1使VREF=12.8V。
（2）调整多圈精密电位器RV2，使S1左端为-0.625V，VREF=12.8V， 再将S1的中间和左边用短路帽短接， S2也盖上短路帽 。
（3）插上LM358（U7）。记录74LS193组成的的8位二进制计数的值，测试转换电压（U7的7#），用公式验证：
5.2.4 稳压电路的检测和调试
将S2、S3短路帽插上，在J1端接入交流12V，用变压器220/12V实现，实际输出13.2V左右，DC POWER SUPPLY也打开，发光二极管亮。
（1）按单步进B4、快进B3（或单步退B2、快退B1），用万用表直流电压20V档，观测输出端J6的电压的变化情况。是否实现数控功能。
（2）用万用表直流电压20V档，测量记录单步进的两次输出电压差，与0.05V的误差。
6.结论
本电路设计的简易数控电源，包括电压设置按键、计数脉冲产生电路、计数电路、D/A转换电路和稳压电路五部分电路组成，本电路电压输出稳定，电压变化范围在0～12.7V，步进为0.05V，输出电压不随负载和环境温度变化。电路实际输出测试结果表明，本系统稳定性好、精度较高、操作简单、人机界面友好。在实验操作和设备生产中，能够广泛应用到这种可靠性高、操作简单的数控电源，不仅能够提高设备的性能，同时能够缩短研发周期，本系統具有较高的实用性。
参考文献
[1]乔国良.数控式直流稳压电源[J].计算机工程与科学， 1980（4）：59-63.
[2]陈岩.简述直流稳压电源的设计与研究[J].门窗，2012 （6）：140.
[3]李小琴.数控稳压电源的设计[J].电子世界，2014（2）：156.
[4]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003.
[5]詹新生，张江伟.基于AT89C51的数控直流电压源的设计[J].现代电子技术，2008（19）：107-109.
作者简介：
朱佳奇，现就读于宁波职业技术学院电子信息工程系应用电子技术专业。
王佳晨，现就读于宁波职业技术学院电子信息工程系应用电子技术专业。
罗维国，现就读于宁波职业技术学院电子信息工程系应用电子技术专业。
李小琴（1983—），浙江温岭人，讲师，研究方向：智能电子产品的设计与开发。
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