步進(jìn)可控調(diào)壓直流電源

1、湖南理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)資料班 級(jí) 11機(jī)電一班 學(xué) 號(hào)姓 名 曠鴻章 指導(dǎo)教師 材 料 目 錄序號(hào)名稱數(shù)量1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書12課程設(shè)計(jì)報(bào)告書13課程設(shè)計(jì)其它資料45678設(shè)計(jì)題目：數(shù)控步進(jìn)直流調(diào)壓電源數(shù)控步進(jìn)直流可調(diào)電源功能技術(shù)指標(biāo)功能： 電源有電壓增（UP）和電壓減（DOWN）兩個(gè)鍵，按UP鍵時(shí)電壓步進(jìn)增加，按DOWN鍵時(shí)電壓步進(jìn)減小。輸出電壓512V，步進(jìn)為1V；輸出電壓誤差最大±0.1V；輸出電流不小于1A；目的與意義設(shè)計(jì)的目的與意義：電源、導(dǎo)線、負(fù)載是電路的三大組成部分。而電源是必不可少的，是提供能量的是電路的動(dòng)力。目的：鞏固所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，會(huì)熟練運(yùn)用

2、所學(xué)的各種元器件，了解電路設(shè)計(jì)的流程、掌握學(xué)習(xí)方法。意義：提高自己在電子信息技術(shù)方面的能力，學(xué)到一技之長(zhǎng)，將來走向社會(huì)成為有用的人才。 目錄第1章 緒論1.1設(shè)計(jì)要求1.1.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)1.1.2 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與分析3.1 單元電路設(shè)計(jì)3.2 參數(shù)的計(jì)算與元器件的選擇321電源電路3.2.3開關(guān)電路3.2.4分壓電路3.3 CD4051工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.4 LM317基本功能與優(yōu)點(diǎn)3.5 74LS193的簡(jiǎn)單說明3.6 其它元件技術(shù)要求第4章 整機(jī)電路的工作原理收獲與體會(huì)參考文獻(xiàn)l 第一章緒論電源可分為交流電源和直流電源，它是任何

3、電子設(shè)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(shè)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(jī)、電視機(jī)、帶微控制處理的家電設(shè)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(shí)現(xiàn)了。不過問題又來了，如果用戶需要一個(gè)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，這類變換電路統(tǒng)稱為直流穩(wěn)壓電路?，F(xiàn)在所使用的

4、大多數(shù)電子設(shè)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(gè)項(xiàng)目就要實(shí)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(jìn)調(diào)壓直流電源。關(guān)鍵詞：降壓電源、穩(wěn)壓電源、數(shù)控步進(jìn)、可調(diào)1.1設(shè)計(jì)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(biāo)等。按照老師給定模板制作電子設(shè)計(jì)說明書，說明書應(yīng)包括以下內(nèi)容：（1）課題名稱（2）已知條件（3）主要技術(shù)指標(biāo)（4）電路工作原理，電路設(shè)計(jì)（5）整機(jī)電路原理圖，并標(biāo)明各元件參數(shù)。課程設(shè)計(jì)要求每組獨(dú)立完成，答出老師所問的問題。要求全設(shè)計(jì)過程在一周內(nèi)完成。1.1.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）交流輸入電壓范圍：220V

5、77;10%（2）輸出電壓范圍：5-12V（3）輸出電流范圍: 1A1.1.2 設(shè)計(jì)功能電源有電壓增（UP）和電壓減（DOWN）兩個(gè)鍵，按UP鍵時(shí)電壓步進(jìn)增加，按DOWN鍵時(shí)電壓步進(jìn)減小。輸出電壓5-12V，步進(jìn)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(yīng)+5V直流電源。l 第二章電路數(shù)控步進(jìn)直流調(diào)壓電源電路分為電源電路、按鈕開關(guān)電路、分壓電路和可調(diào)穩(wěn)壓電路、顯示電路等構(gòu)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LM317。2.1電路方框圖220v交流電輸入變壓器電橋整流集成穩(wěn)壓

6、器1調(diào)壓電路提供5v電集成穩(wěn)壓器 2輸出5-12v調(diào)壓控制電路點(diǎn)觸開關(guān)電路信號(hào)處理電路顯示單元濾波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?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)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(fù)載的變化而變化。（5）點(diǎn)觸開關(guān)電路：用硬件的方式，利用鎖存器的原理達(dá)到硬件防抖的目的。（6）信號(hào)處理電

7、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(jìn)制數(shù)。（7）顯示電路：利用電路中的預(yù)設(shè)模擬信號(hào)，用兩個(gè)7段顯示數(shù)碼管顯示器顯示輸出電壓值。l 第三章單元電路設(shè)計(jì)與分析3.1 單元電路設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)單元電路首先應(yīng)考慮電源供電問題，設(shè)計(jì)出電源電路+5v，可以用固定LM317來產(chǎn)生直流+5v。同時(shí)要得到5-12V之間可調(diào)的直流電壓，步進(jìn)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(shí)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(yùn)用了CD4051集成電路在來實(shí)現(xiàn)可調(diào)端與地之間所接電阻值的大小，不過在電路

8、中需要考慮CD4051自身的電阻對(duì)電壓的影響，這里就需要在proteus中進(jìn)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(shí)現(xiàn)其電路設(shè)計(jì)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(jì)算與元器件的選擇對(duì)于該課程設(shè)計(jì)參照網(wǎng)絡(luò)或者書籍上的數(shù)控步進(jìn)直流調(diào)壓電源基本框架已設(shè)計(jì)完成，下面對(duì)其各單元電路進(jìn)行元器件參數(shù)計(jì)算，進(jìn)而選擇合適的元器件搭接電路。321電源電路為電路提供穩(wěn)

9、定的直流+5v電源 圖1由外部220v交流電輸入，經(jīng)變壓器得到一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)+5v的脈動(dòng)直流電壓。公式Vo=（1+R1/R）*1.25，在 圖2中R=0.2k，R1=593（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(guān)系。LM317是普通的可調(diào)集成穩(wěn)壓器，最大輸出電流為2.2

10、A，輸出電壓范圍為1.2537V。圖2計(jì)算公式為：Uo=(1+R1/R)*1.253.2.3開關(guān)電路開關(guān)電路必須考慮抖動(dòng)現(xiàn)象，在開關(guān)電路中就必須設(shè)法排除。抖動(dòng)現(xiàn)象利用SR鎖存器就可以排除抖動(dòng)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(dāng)開關(guān)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(huì)有脈沖信號(hào)產(chǎn)生，而上面的電路中卻不會(huì)有這樣的情況，再次接觸M時(shí)Q依然為地電位，而且當(dāng)T與M、N都沒有接觸是，觸發(fā)器為保持狀態(tài)，當(dāng)T與N接觸時(shí)，Q才轉(zhuǎn)變成高電位，這就有一個(gè)上升沿脈沖，下降沿脈沖的產(chǎn)生同理可以分析得到。下面是SR觸發(fā)器真值表與74ls279芯片引腳圖 下圖為proteus中開

11、關(guān)電路圖3由電源有電壓增（UP）和電壓減（DOWN）兩個(gè)鍵，按UP鍵時(shí)電壓步進(jìn)增加，按DOWN鍵時(shí)電壓步進(jìn)減小。3.2.4分壓電路選用8個(gè)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(jì)算與x0腳相連接的電阻是5200歐(5V)，而連接CD4051用七個(gè)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(gè)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+RRp）。圖43.3 CD4051工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決

12、定。INH是禁止端，當(dāng) “INH”=1時(shí)，各通道均不接通。如果在八個(gè)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(shè)定，例如，若模擬開關(guān)的供電電源VDD=5V，VSS=0V，只要對(duì)此模擬開關(guān)施加05V的數(shù)字控制信號(hào)。 Vee是電子開關(guān)的8個(gè)輸入端可以允許的信號(hào)范圍下限。CD4051管腳圖及真值表引腳功能描述：A0A2 地址端 I0/O0I7/O7 輸入輸出端INH 禁止端 O/I 公共輸出/輸入端VDD 正電源 VEE 模擬信號(hào)地3.4 LM317基本功能與優(yōu)點(diǎn)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。其接法如下：1，2腳之間為1.25V電壓

13、基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)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(hù)LM317。Uo=(1+R2/R1)*1.253.5 74LS193的簡(jiǎn)單說明74LS193同步可逆遞增/遞減四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器特點(diǎn)：電路可進(jìn)行反饋，而很容易的被級(jí)聯(lián)，即把借位輸出端和進(jìn)位輸出端分別反饋到后級(jí)計(jì)數(shù)器的減計(jì)數(shù)輸入端和加計(jì)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(jí)聯(lián)電路 同步操作 每觸發(fā)器有單獨(dú)的預(yù)置端 完全獨(dú)立的清零輸入端引腳圖：MRPLCPUCPDMODE工作模式HXXXReset (Asyn.)清除LLXXPreset (Asyn.)預(yù)置LHHHNo Change保持L

14、HHCount Up加計(jì)數(shù)LHHCount DowN 減計(jì)數(shù)H=高電平 L=低電平 X=不定態(tài)，=由“低”“高”電平的躍變引腳功能表： CPU Count Up Clock Pulse Input 計(jì)數(shù)芯片時(shí)鐘脈沖輸入 CPDCount Down Clock Pulse Input 倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘脈沖輸入 MR Asynchronous Master Reset (Clear) Input 異步主復(fù)位（清除）輸入 PL Asynchronous Parallel Load (Active LOW) Input 異步并行負(fù)載（低電

15、平）輸入 Pn Parallel Data Inputs 并行數(shù)據(jù)輸入838電子 Qn Flip-Flop Outputs (Note b) 觸發(fā)器輸出（附注b ） TCD Terminal Count Down (Borrow) Output (Note b) 終端倒計(jì)時(shí)（借）輸出（注b ） TCU Terminal Count Up (Carry) Output (Note b) 終端數(shù)最多輸出3.6 其它元件技術(shù)要求顯示電路由于電路中使用的74ls193只使用八個(gè)檔位，即000-111，但是在顯示問題上是從5

16、V-12v八個(gè)檔位，所以就必須通過組合邏輯電路轉(zhuǎn)換，真值表如下： BCDL4L3L2L1L0顯示000001015001001106010001117011010008100010019101100001011010001111111001012 組合邏輯電路： CD4511CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。引腳圖與真值表：其功能介紹如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）

17、狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。 A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端.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)碼管筆段端接上限流電阻就可工作.輸        入輸   

18、;     出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111118011100111100119011十進(jìn)制大于90000000消隱Proteus中電路圖如下圖5：圖5l 第4章 整機(jī)電路的工作原理此電路從LM317芯片出發(fā)，在得知此芯片擁有可調(diào)穩(wěn)壓的功能