步進可控調(diào)壓直流電源

1、湖南理工學院課程設計資料班級11 機電一班學名 曠鴻章指導教師材料目錄序號名稱數(shù)量1課程設計任務書12課程設計報告書13課程設計其它資料45678設計題目：數(shù)控步進直流調(diào)壓電源數(shù)控步進直流可調(diào)電源功能旨標功能：電源有電壓增（UB和電壓減（DOWN兩個鍵， 按UP鍵時電壓步進增加，按 DOWI®時電壓步進 減小。輸出電壓512V,步進為1V;輸出電壓誤差最大±0.1V;輸出電流不小于1A;目的 與急 義設計的目的與意義：電源、導線、負載是電路的三大組成部分。而電 源是必不可少的，是提供育抓的是電路的動力。 目的：鞏固所學的基礎知識，會熟練運用所學的

2、各種元器件，了解電路設計的流程、掌握學習方 法。意義：提高自己在電子信息技術方面的能力，學 到一技之長，將來走向社會成為有用的人才。目錄第1章緒論1.1 設計要求1.1.1 設計指標1.1.2 設計功能第2章電路2.1 電路方框圖2.2 電路原理 第3章單元電路設計與分析3.1 單元電路設計3.2 參數(shù)的計算與元器件的選擇3.2.1 2. 1電源電路3.2.3 開關電路3.2.4 分壓電路3.3 CD4051工作原理及內(nèi)部結構3.4 LM317基本功能與優(yōu)點3.5 74LS193的簡單說明3.6 其它元件技術要求第4章 整機電路的工作原理收獲與體會參考文獻word教育資料第一章緒論電源可分為交

3、流電源和直流電源，它是任何電子設備都不可缺少的 組成部分。交流電源一般為220V、50HZ電源，但許多家用電器設備 的內(nèi)部電路都要采用直流電源作為供電電源，如收音機、電視機、 帶微控制處理的家電設備等都離不開這種電源。但通過電網(wǎng)傳輸給 用戶所用的電源并不是直流，而且不一定滿足用戶需要的電壓值， 那怎樣滿足用戶需求呢？這就必須依靠交直流轉(zhuǎn)換調(diào)壓電路來實現(xiàn) 了。不過問題又來了，如果用戶需要一個可以根據(jù)自己想法來調(diào)節(jié) 的電路呢？那就必須可控。直流電源又分為兩種：一類是能直接供 給直流電流或直流電壓，如電池、蓄電池、太陽能電池、硅光電池、 生物電池等；另一類是將交流電變換成所需的穩(wěn)定的直流電流或電 壓

4、，這類變換電路統(tǒng)稱為直流穩(wěn)壓電路?，F(xiàn)在所使用的大多數(shù)電子 設備中，幾乎都必須用到直流穩(wěn)壓電源來使其正常工作。我們這個 項目就要實現(xiàn)電壓的降壓，并且將交流電轉(zhuǎn)換成直流，還有必須受 控的功能，這就是數(shù)控步進調(diào)壓直流電源。關鍵詞：降壓電源、穩(wěn)壓電源、數(shù)控步進、可調(diào)1.1 設計要求proteus中電路搭接要求外表美觀，能夠?qū)崿F(xiàn)題目所要求的功能、 量化指標等。按照老師給定模板制作電子設計說明書， 說明書應包括以下內(nèi)容: word教育資料（1）課題名稱（2）已知條件（3）主要技術指標（4）電路工作原理， 電路設計（5）整機電路原理圖，并標明各元件參數(shù)。課程設計要求每組獨立完成，答出老師所問的問題。要求全設

5、計 過程在一周內(nèi)完成。1.1.1 設計指標（1）交流輸入電壓范圍：220V士 10%（2）輸出電壓范圍：5-12V（3）輸出電流范圍：1A1.1.2 設計功能電源有電壓增（UB和電壓減（DOWN兩個鍵，按UP鍵時電 壓步進增加，按DOW健時電壓步進減小。輸出電壓5-12V,步進為1V;輸出電壓誤差最大±0.1V;輸出電流不小于1A;擁有電壓值顯示，并且不需外部供應 +5V直流電源。第二章電路數(shù)控步進直流調(diào)壓電源電路分為電源電路、按鈕開關電路、分壓 電路和可調(diào)穩(wěn)壓電路、顯示電路等構成。電路主要元件為集成芯片 CD4051 CD4511 74LS193 74LS279和可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器

6、 LM31%2.1電路方框圖2.2電路原理(1)電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V交流電壓變換成 符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副 邊電壓確定。(2)整流電路：利用單向?qū)щ娫?50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電(3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以 濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。(4)穩(wěn)壓器電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。(5)點觸開關電路：用硬件的方式，利用鎖存器的原理達到硬件防抖的目的(6)信號處理電路：用與、或、非門組合成邏輯電路，為后面的顯 示電路轉(zhuǎn)換輸入的二進制數(shù)

7、。(7)顯示電路：利用電路中的預設模擬信號，用兩個 7段顯示數(shù)碼 管顯示器顯示輸出電壓值。第三章單元電路設計與分析3.1 單元電路設計在設計單元電路首先應考慮電源供電問題，設計出電源電路 +5v,可 以用固定LM317來產(chǎn)生直流+5v。同時要得到5-12V之間可調(diào)的直流 電壓，步進為 1v的電壓輸出，就可以用可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器(LM317來實現(xiàn)，通過調(diào)整端與地之間所接電阻值的不同來改變輸 出的電壓值，但調(diào)整端與地之間的分壓電阻值的大小如何去控制，電路中巧妙地運用了 CD4051集成電路在來實現(xiàn)可調(diào)端與地之間所接電 阻值的大小，不過在電路中需要考慮 CD4051自身的電阻對電壓的影 響，這里就

8、需要在proteus中進行仿真操作，從而控制可調(diào)三端集成 穩(wěn)壓器的電壓輸出值，以實現(xiàn)其電路設計要求的功能。電源電路可通過變壓器降壓，二極管橋式整流，電容濾波，將交流 220v電壓降為20v左右交流電壓經(jīng)濾波電路送給固定三端集成穩(wěn)壓 器得到+5v電壓，可以給電路中本身的集成芯片提供工作電壓。除開 上述電路部分還有其他的電路控制于顯示部分，下面將逐一說明。3.2 參數(shù)的計算與元器件的選擇對于該課程設計參照網(wǎng)絡或者書籍上的數(shù)控步進直流調(diào)壓電源基本 框架已設計完成，下面對其各單元電路進行元器件參數(shù)計算， 進而選擇合適的元器件搭接電路。3. 2. 1電源電路為電路提供穩(wěn)定的直流+5v電源由外部220v交

9、流電輸入，經(jīng)變壓器得到一個約為 20v的交流電源,再經(jīng)二極管組成的整流電橋電路得到一個近似直流20v電源，后經(jīng)一系列的有電容與二極管組成的濾波電路濾波，得到一個穩(wěn)定的20v直流電源（圖1）,整流電路，濾波電路，整流電橋選用全波整流電路，濾波電容選用1000UF,選擇220v-20v的變壓器，后面接整流橋整流電100uF的電解電容，產(chǎn)生一個+5v的脈動直流電壓。公式 Vo= （1+R1/R） *1.25，在圖 2 中 R=0.2k, R1=593Q （考慮到電路中其他電阻的影響），得出Vo=5V,輸出電壓與輸入沒有關系。LM317是普通的可調(diào)集成穩(wěn)壓器，最大輸出電流為2.2A,輸出電壓范圍為 1

10、.25 37V。計算公式為：Uo=(1+R1/R)*1.253.2.3開關電路開關電路必須考慮抖動現(xiàn)象，在開關電路中就必須設法排除機械開關因抖動產(chǎn)生的干擾信號機械開關及抖動現(xiàn)鬣抖動現(xiàn)象由圖可知，現(xiàn)在R非為地電位,S非為高電位，Q為低電位，當開關打向N的過程中可能再次與M接觸，如果沒有防抖，則可能會有脈沖信號產(chǎn)生，而上面的利用SR鎖存器就可以排除抖動現(xiàn)象word教育資料電路中卻不會有這樣的情況，再次接觸M時Q依然為地電位，而且當T與M N都沒有接觸是，觸發(fā)器為保持狀態(tài)，當T與N接觸時，Q才轉(zhuǎn)變成高電位，這就有一個上升沿脈沖，下降沿脈沖的產(chǎn)生同理可以分析得到。F面是SR觸發(fā)器真值表與741s279

11、芯片引腳圖INPUTOUTPUT Q)S1S2RT-L X H HL X L H H11 hH L HH HLHo ChangeL - LOWVIw LmH * HIGH LeX « Dwh't Careh - The output is HIGH as Song as Si or S2 kb LOW. Hf WI npuls go H GH simulta.'Teojsh/, tie auLpurt state is indetErminsze zhenjwi&ei rt lollaws the Truth Tmb值下圖為proteus中開關電路 圖3由電源

12、有電壓增(U? 和電壓減(DOWN兩個 鍵，按UP鍵時電壓步進 增加，按DOWN時電壓 步進減小。3.2.4分壓電路選用8個分壓電阻，其中連接可調(diào)三端穩(wěn)壓器 LM317的固定電阻選用2000歐為上拉電阻，經(jīng)過計算與 x0腳相連接的電阻是5200歐 (5V)，而連接CD405傭七個約1500歐電阻作為可調(diào)三端穩(wěn)壓器 LM317的可調(diào)換擋電阻(1V),共八個檔位。與CD4051相連的電阻選擇電阻參數(shù)依據(jù)可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓公式，如：Uo=1.25(1+R/ Rp)。3.3 CD4051工作原理及內(nèi)部結構CD4051相當于一個單刀八擲開關，開關接通哪一通道，由輸入的 3 位地址碼ABC來決定。

13、INH是禁止端，當 “INH” =1時，各通道均不 接通。如果在八個通道輸入一模擬量，在輸出端將輸出什么 ，輸入什 么是自己設定，例如，若模擬開關的供電電源 VDD斗5V, VSS=0V只要對此模擬開關施加05V的數(shù)字控制信號。Vee是電子開關的8個輸入端可以允許的信號范圍下限BOsI種MUX/DX6CD4051管腳圖及真值表INPUT STATES選中碗出通道INHIBITCACM051B0Q0000q11Q0020011301004Q1015Q1106011171XXXNone真值表引腳功能描述:A0A2地址端I0/O0INH禁止端O/IVDD正電源VEE3.4 LM317基本功能與優(yōu)點I

14、7/O7輸入輸出端公共輸出/輸入端模擬信號地LM317是常見的可調(diào)集成穩(wěn)壓器，最大輸出電流為2.2A,輸出電壓范圍為1.2537V。具接法如下:VinClELECTW2D2-M4001LM337TC3GNDRI200R2POT2VoulDIMlHELECTRO21,2腳之間為1.25V電壓基準。為保證穩(wěn)壓器的 輸出性能，R1應 小于240歐姆。改變R2阻值即 可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D1, D2用于保護LM31%Uo=(1+R2/R1)*1.253.5 74LS193的簡單說明74LS193同步可逆遞增/遞減四位二進制計數(shù)器特點：電路可進行反饋，而很容易的被級聯(lián)，即把借位輸出端和進位 輸出端分別反饋

15、到后級計數(shù)器的減計數(shù)輸入端和加計數(shù)輸入端上即 可?？芍脭?shù)并且有清零端口。?芯片內(nèi)部有級聯(lián)電路?同步操作?每觸發(fā)器有單獨的預置端?完全獨立的清零輸入端引腳圖：CONNECTION DIAGRAM DIP (TOP VIEW)vCc p。 mr tcd t% pl 片 Pg而由 FiRirnNOTE：The F atpak version has the sanrse pinoute (Connecton 口 egrart) as the Dual ln-L»ne Package.EnzninznEninznn5 Oq CP) CPj S 0 3 GND1MRPLCPUCPDMODE：作

16、模式HXXXReset (Asyn.)清除LL1XXPreset (Asyn.)預置LHHHNo Change 保持LHTHCount Up加計數(shù)LHHCount DowN減計數(shù)H褊電平L=低電平X=不定態(tài)，T =由“低”一“高”電平的躍變 引腳功能表:CPUCount Up Clock Pulse Input計數(shù)芯片時鐘脈沖輸入CPDCount Down Clock Pulse Input倒計時時鐘脈沖輸入MRAsynchronous Master Reset (Clear) Input異步主復位(清除)輸入PLAsynchronous Parallel Load (Active LOW)

17、Input異步并行負載(低電平)輸入1PnParallel Data Inputs并行數(shù)據(jù)輸入 838電子QnFlip-Flop Outputs (Note b)觸發(fā)器輸出(附注 b )TCDTerminal Count Down (Borrow) Output (Note b)終端倒計時(借)輸出(注 b )TCUTerminal Count Up (Carry) Output (Note b)終端數(shù)最多輸出3.6其它元件技術要求顯示電路由于電路中使用的741s193只使用八個檔位，即000-111,但是在顯示問題上是從 5V-12v八個檔位，所以就必須通過組合邏輯 電路轉(zhuǎn)換，真值表如下：B

18、CDL4L3L2L1L0顯示000001015001001106010001117011010008100010019101100001011010001111111001012組合邏輯電路：L0 =DL1 =BCD BCD BCDL2 = BC BCDL3 = BCD BCDL4 = BD BCCD4511CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的BCD碼一七段 碼譯碼器，具有BCD$換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的 CMOS 電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。引腳圖與真值表:其功能介紹如下：U4 。斗今 BI: 4腳是消隱輸入控制端，當BI=0時，不

19、 - OHOB -yy-=囂北子管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄3 J瓦 器 .手三更 ?？诙 滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。7m I圖的引釁國LT: 3腳是測試輸入端，當 BI=1 , LT=0時，譯碼輸出全為1,不管輸入DCBA犬態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。LE :鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在 LE=0時的數(shù)值。A1、A2、A& A4 為 8421BC網(wǎng)輸入端.a、b、c、d、e、f、g:為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限

20、流電阻就可工作.輸入輸出LEBILI D C | B Aa b cd e 丁 f g 顯示1 XX0 X X X X11111118X01 X 工 X X X0000000 消隱0110 T 000111111000110 0 | 01r 0 1110000101 -1001 | 011 111011 1 1012011010 1 1 1 1LL1 1 00130 ;10 r 1 1 0 T 00 1 1T1 10 011 11工 4n0110 T1 7 0 1 1101101150 )110 1 1101 0 I 0 1111160110 i 1 11 1 1 LL0 1 0 1 007！ 0111 1 0 1 0 1 0p T1I1J111181 0 JL11 T 1 丁 0 T。T11 T1 T1 0 0 T 1 T 1 1 9 口011十進制大于90000000 消隱s二1Proteus中電路圖如下圖5:LE/STB Bl LTD CBA<TEKT>U661491011121314 15 四 10 五 u13U88G F E D c B A Q a Q Q QLE/STBOG日1QFL