数控直流电源+简易音阶发生器设计+高效率PWM音频功率放大器+调频发射与接收系统设计

第一章数控直流电源

1、课题目的：①学习和掌握数字电子电路和模拟电子电路的接口方法；②学习和研究用EDA、MCU等不同的手段、方法来完成本科题的设计任务，并从中逐步学会方案的比较和选择；③学习电路的模块化调试和软硬件结合调试方法

2、设计要求：①输出电压：范围1.0～＋12.0V，步进0.1V，纹波不大于10mV；②输出电流：100mA；③输出电压和电流值由数码管显示；④由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；

第1节课题设计原理

数控电源的原理示意如图1.1所示，该课题要求通过“+”“-”两个按键来控制输出电压的升降。输出的电压和电流通过采集和标度变换（建立一个算式，使输出量Vo、Io和A/D转换后的数字量建立对应关系）后，一方面闭环控制输出，另一方面通过六位七段显示器显示输出电压和电流。

图1.1 数控电源原理框图

1、输出电路

输出电路可以有以下几种电路结构供参考：①采用运算放大器、可调三端（LM317）电路组成；②采用运算放大器、三极管功率放大电路组成；③采用运算放大器、MOS管功率放大电路组成。

2、数控部分

数控部分可以采用以下方案供参考：①用EDA技术，采用大规模可编程器件CPLD/FPGA和D/A转换器实现；②用MCU技术，采用单片机、外围逻辑器件和D/A转换器实现，外围逻辑器件主要是用于对A/D，D/A等器件的读写控制和片选控制；③用MCU完成课题的控制和计算部分，用EDA技术完成逻辑整合和数字显示的译码，D/A转换器完成数摸转换。

3、数字显示部分

显示部分用6个LED数码管，可以采用以下参考方案：①动态扫描显示方案1：七段译码用1片4511（或类式芯片），位驱动可用1片MC1413等驱动芯片；②动态扫描显示方案2：七段译码由软件查表完成，段驱动可用2片74LS06等芯片，位驱动用1片MC1413等驱动芯片；③静态显示方案：采用6片74LS164通过串行口工作方式实现，LED用共阳极显示器可省去位驱动；④用CPLD（或FPGA）完成译码，动态扫描显示。

4、输出采集部分

输出采集部分有输出电压采集和输出电流采集两块，可以采用以下参考方案：输出电压通过在输出端分压电阻上取样获取，输出电流取样可通过负载中串取样电阻来获取，取样得到的电压值，通过运算放大器隔离后送给A/D转换器，电流取样电阻可取1欧。

注意：①电压、电流取样要共地；②运算放大器输出的电压不要超出A/D的输入范围。

第2节课题内容及实施步骤

由于课题内容多又有相当的工作量，在完成硬件整体设计后，按先易后难、先小后大，先硬件后软件按功能模块进行实验和调试，建议如下：

实验一输出电路模块性能调试实验

1、电路原理

采用运算放大器、MOS管功率放大电路组成输出电路模块示例如图1.2所示，运放A1构成反向比例电路，输入Vi为0∽-5V通过R12调节后作为A1的输入信号（采用-5V的目的是和以后的D/A转换器相协调），试分析运放A2和输出MOS管T1构成什么类型的负反馈？它的作用是什么？R6和R7构成输出电压取样电路，其中R7上的电压将通过放大器送往A/D转换；R10为1欧电阻，它和RL 串联后构成电流取样，R10上的电压正比于输出电流，该电压通过放大后送往A/D转换。

图1.2 输出模块

2、电路参数测试

在测试前，先进行满度调整。Vi输入-5.0V，调整电位器R5和电位器R12，使Vo=12.0V，完成满度调整，自己拟定测试方案和步骤。

（1）测量RL=∞时Vi和Vo的关系填入表1.1

表1.1 RL=∞时Vi和Vo的关系

（2）接入RL=120欧电阻，测试Vi和Vo的关系，自己制表1.2，填入测试值。建议Vi输入同表1.1，测试后分析对比表1.1和表1.2的值，说明电路负反馈的作用和效果。

（3）在完成上述（1）（2）项目测试后，适当更改电路，加入D/A 转换器如图1.3所示，参照数字电子技术实验中D/A转换部分，通过DIP开关输入数字量，测试数字量Di和

图1.3带D/A的输出模块

输出电压和Vo的关系，自己制表1.3，填入给定数字量Di和Vo的测试值。

实验二数控模块和输出模块的软、硬件联合调试实验

1、电路原理

采用单片机、外围逻辑器件和D/A转换器的方案示例连接如图1.4所示

图 1.4单片机和D/A的连接

单片机89C51为D/A转换器提供数字量，经DAC0832转换后在IOUT1和IOUT2给出电流信号，由运放A1转换成模拟电压信号电路。思考该电路采用何种选址方法？该方法有什么优缺点？还可以采用何种选址方法？

2、电路调整和参数测试

（1）画出该部分的软件流程图，通过编程和软件调试，测试运放A1输出和D/A输入的数值量对应关系，自己制订测试步骤，自己制表1.4。

（2）在实验（1）的基础上，改变89C51的输出数值量，在负载RL端测试输出电压并进行测试记录，自己制订测试步骤，自己制表1.5。

实验三加入数字显示模块后软、硬件联合调试实验

1、电路原理

利用单片机串行口的数字显示电路示例如图 1.6所示，单片机89C51具有异步串行口，利用该接口的工作方式0（移位寄存器方式）能适应多位七段码的数据显示.P3.0（RXD端）串行发送显示数据，P3.1（TXD端）输出同步脉冲信号。采用这种静态显示方式的优点是显示亮度高、稳定性好、编程方便占用软件资源少。

图 1.6串行数字显示电路

2、电路调整和参数测试

（1）编制89C51的显示软件（建议显示为一个独立的子程序），通过串行口初始化、设置显示缓冲区、七段码表、发送中断程序等。

（2）通过设置显示参数（自定），调整显示电路的软、硬件，确定该模块工作的正确性。自己制订测试步骤。

（3）试考虑一种其它显示方案的电路和软件流程。