摘要：本文设计了一个0-9.9V可调数控电源系统，采用74LS192计数器实现0.1V步进调节，通过4511BD驱动数码管显示电压值。系统使用DAC0832进行数模转换，配合LM324运放进行信号放大和误差补偿，最后通过LM317提升带负载能力至500mA。电路设计包含计数显示、数模转换和电压处理三个模块，实现了电压预置、步进调节和稳定输出等功能，满足基础要求的同时具备扩展性。仿真验证了设计的可行性，输出电压精度达到0.1V，纹波控制在10mV以内。
目录
[2.单电源 vs 双电源的供电区别](#2.单电源 vs 双电源的供电区别)
[1. 什么是双电源供电](#1. 什么是双电源供电)
[(1)双电源：运放接 +VCC 和 -VEE](#(1)双电源：运放接 +VCC 和 -VEE)
[2. 什么是单电源供电](#2. 什么是单电源供电)
[(1)单电源：只接 +VCC 和 GND](#(1)单电源：只接 +VCC 和 GND)
[3. 核心区别一览表](#3. 核心区别一览表)
一、要求
基础：
- 输出电压范围0~9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV;
- 输出电流500mA;
- 输出电压值由数码管显示;
- 由"+"、""两键分别控制输出电压步进增减。2.提高要求
提高：
- 输出电压可预置在0~9.9V之间的任意一个值。
- 防盗数可根据需要任意扩展。
二、所需的器件:
74LS192（两个）、4511BD（两个）、共阴极数码管(两个）、DAC0832、LM324（3个）、LM317EE
三、调节部分
所需器件：74LS192（两个）、4511BD（两个）、共阴极数码管(两个）
1.计数电路
1.74LS192介绍
1.功能
同步十进制（BCD 8421）可逆计数器，可加可减、可清零、可预置'
2.引脚定义：
| 引脚 | 符号 | 功能 | 有效电平 |
|---|---|---|---|
| 1 | TCD | 减计数借位输出 | 低脉冲 |
| 2 | Q0 | 计数输出最低位（2⁰） | --- |
| 3 | Q1 | 计数输出（2¹） | --- |
| 4 | Q2 | 计数输出（2²） | --- |
| 5 | Q3 | 计数输出最高位（2³） | --- |
| 6 | CPD | 减计数时钟输入 | 上升沿 |
| 7 | PL | 并行预置数使能 | 低 |
| 8 | GND | 地 | --- |
| 9 | D0 | 预置数据输入（对应 Q0） | --- |
| 10 | D1 | 预置数据输入（对应 Q1） | --- |
| 11 | D2 | 预置数据输入（对应 Q2） | --- |
| 12 | D3 | 预置数据输入（对应 Q3） | --- |
| 13 | MR | 异步清零（主复位） | 高 |
| 14 | CPU | 加计数时钟输入 | 上升沿 |
| 15 | TCU | 加计数进位输出 | 低脉冲 |
| 16 | VCC | 电源（+5V） | --- |
- D1,D2,D3,D4用于输入四位二进制数，Q1,Q2,Q3,Q4用于输出四位二进制数
- VCC和GND用于供电（+5v）
- CPU（Count Up Clock）加计数时钟输入、CPD（Count Down Clock）减计数时钟输入
接CPU引脚上的按钮，按下时输出的数值加1，接CPU引脚上的按钮，按下时输出的数值减1
- MR异步清零：高电平时清零输出值
- TCU和TCD用于级联：TCU接CPU、TCD接CPD
- PL低电平时，直接输出D1,D2,D3,D4的值，高电平时放弃预置数，芯片进入正常工作模式 ：可以响应 CPU/CPD 时钟 ，正常加法计数、减法计数、保持。
2.Multisim仿真图
原理图解释
- D1,D2,D3,D4分别接开关，控制输入高或低电平
- ~LODA在最下边用开关，接高电平时是加减保持模式，低电平是预置数模式
- ~BO和~CO分别接DOWN和UP用于级联
2.显示电路
1.4511BD介绍
1.功能
CMOS 型 BCD→七段 锁存 / 译码 / 驱动 三合一芯片，只驱动共阴极数码管，高电平输出有效。
在这个仿真图中作用：把 4 位 BCD 二进制数，翻译成七段数码管能看懂的电平信号，同时驱动点亮数码管
2.引脚介绍
- DA,DB,DC,DD分别输入四位二进制数
- OA,OB,OC,OD,OE,OF,OG输出对应的数
- LT（Lamp Test）
LT=0：全输出 1，显示 "8"，检查所有段好坏
LT=1：正常译码
- LE（Latch Enable）
LE=0：透明，输出随输入实时变
LE=1：锁存，冻结当前显示，输入再变也不更新
- BI（Blanking）
BI=0：全段熄灭（不显示）
BI=1：正常显示
2.Multisim仿真图
示例解释：
这里我们要正常让数码管显示74ls192的值，所以~EL接低电平，~BI和~LT接高电平即可
3.联合使用
当~LOAD高电平时，分别可以通过up和dowm接上的按键控制数码管数字加减
当~LOAD低电平时，数码管直接显示D1,D2,D3,D4的数值，如这里是二进制0111，即7
四、数控部分
所需器件：DAC0832、LM324（3个）、LM317EE
1.DAC0832介绍
1.功能
8 位电流输出型数模转换器（DAC），把 0~255 的数字量，转换成成正比的模拟电流；需外接运放转电压
- 分辨率 ：8 位 → 2⁸=256 级，最小电压步长≈19.5mV（Vref=5V 时）
- 输出类型 ：电流输出（IOUT1/IOUT2），必须外接运放转电压
- 转换时间：1μs（高速）
- 供电：+5V~+15V；基准 Vref：-10V~+10V
- 功耗：20mW（低功耗 CMOS）
- 结构 ：双缓冲（输入寄存器 + DAC 寄存器），支持 3 种工作模式
2.引脚定义
| 引脚 | 符号 | 功能 | 电平 |
|---|---|---|---|
| 1 | CS | 片选（选输入寄存器） | 低有效 |
| 2 | WR1 | 写输入寄存器 | 低有效 |
| 3 | VCC | 数字电源 | +5V~+15V |
| 4 | D7~D0 | 8 位数据输入（D7 最高位） | TTL 电平 |
| 10 | DGND | 数字地 | GND |
| 11 | WR2 | 写 DAC 寄存器 | 低有效 |
| 12 | XFER | 传送控制（选 DAC 寄存器） | 低有效 |
| 13~20 | D0~D7 | 8 位数据输入（与 4~11 对应） | TTL 电平 |
| 9 | Rfb | 内部反馈电阻端 | 接运放输出 |
| 8 | IOUT1 | 电流输出 1（数字越大，电流越大） | Iout1+Iout2 = 常数 |
| 7 | IOUT2 | 电流输出 2 | 同上 |
| 6 | Vref | 基准电压（决定量程） | -10V~+10V |
| 5 | AGND | 模拟地 | GND（与 DGND 单点共地） |
| 20 | ILE | 输入锁存允许 | 高有效 |
3.使用时
- cs低电平，WR1和WR2低电平，XFER低电平，ILE高电平
WR1暂时存放单片机发来的 8 位数字数据，WR2把数据送入 D/A 转换电路 ，开始变成模拟电压，XFER和 WR2 搭档，一起打开 DAC 寄存器门，ILE 高电平才允许收数据
- Vref是基准电压
- Rfb接运放输出
- D7~D0接输入的8位二进制数
- IOUT1 → 接运放反相输入端
IOUT2 → 接模拟地 AGND
始终满足IOUT1+IOUT2=恒定值，数字输入越大 → IOUT1 越大、IOUT2 越小
2.LM324介绍
1.特点
- 内含 4 个独立运放，共用电源
- 单电源供电：+3V～+32V（常用 + 5V、+12V）
- 输入可到地（0V），适合 DAC0832 电流转电压
- 低成本、内部补偿、低频够用
- 缺点：带宽低（1.2MHz）、速度慢、精度一般，不适合高频 / 精密场合
2.单电源 vs 双电源的供电区别
1. 什么是双电源供电
(1)双电源 ：运放接 +VCC 和 -VEE
比如：+12V 和 -12V ，中间公共 GND(0V)
**(2)**特点：
- 输出电压可以 大于 0V，也可以小于 0V
- 能输出 正电压、负电压、0V
- 适合交流信号、正弦波、有正负的波形
2. 什么是单电源供电
(1)单电源 ：只接 +VCC 和 GND
比如：+5V、GND，没有负电源
**(2)**特点：
- 输出不能低于 0V ，只能在 0V ~ +VCC 之间变化
- 只能输出0 和正电压，出不了负电压
3. 核心区别一览表
| 对比 | 双电源供电 | 单电源供电 |
|---|---|---|
| 电源接法 | 正电源 + 负电源 + 地 | 只接正电源 + 地 |
| 输出范围 | 可正、可负、可 0 | 只能 0～正电压，无负压 |
| 能否过零点 | 可以跨过 0V | 不能低于 0V |
| 常用芯片 | μA741 | LM324、LM358 |
| 适用场景 | 正弦波、交流信号、正负电压 | 数字电路、DAC 转换、直流控制 |
3.联合使用
由于要输出0-9.9v，步进位0.1v的电压，所以Vref接了-2.5v，输出电压为0.0098xD，最小步进9.8mv
当D最大时D=99，输出为0.9702v，距离9.9v有误差，还需使用运放对输出电压进行放大
五、电压处理
1.精度调整
使用同相比例放大器电路
1.计算公式
2.仿真电路图
放大倍数0.1/0.0098=10.24，则R1为9.24k，R2为1k
2.带负载能力
此时已经实现0.1v步进输出0-9.9v，但LM324带负载能力弱，安全工作电流**≤10mA，需要LM317提高带负载能力**
1.LM317介绍
1.特点
- 输出电流 ：最大 1.5A（长期建议 ≤1.2A，加散热片）
- 输出电压 ：1.25V ~ 37V 连续可调
- 输入电压 ：3V ~ 40V（输入需比输出高 ≥2~3V）
- 压差（Dropout） ：典型 2V@1.5A（输入--输出至少留 2V）
- 负载调整率 ：0.1% 典型
- 保护 ：过流、过热、短路保护
2.输出计算公式
LM317 内部有一个固定的1.25V 基准源，接在输出端（OUT）和调整端（ADJ）之间。
永远成立的关系是：
VOUT−VADJ=1.25V
由于要保持输入电压==输出电压，则需要弥补1.25v的压差，可使用反相加法器电路。
2.反相加法器
1.运放输出电压公式
V_adj = -(V- + V_out)
即：V_adj = -(1.25 + V_out)
1.25是由反向输入端电压决定
2.仿真电路图
3.联合使用
1.仿真电路图
六、总结
1.分为三部分
调节部分
数控部分
处理部分
使用74LS192级联，实现0-99数的控制。将二进制数传给4511驱动数码管显示和传给DAC0832模块，将数字信号转换成模拟信号。最后用LM324运放对信号进行放大，误差处理，以及用LM317对带负载能力处理。