步进可控调压直流电源.docx
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步进可控调压直流电源
湖南理工学院
课程设计资料
班级11机电一班
学号14113500476
姓名旷鸿章
指导教师
材料目录
序号
名称
数量
1
课程设计任务书
1
2
课程设计报告书
1
3
课程设计其它资料
4
5
6
7
8
设计题目：
数控步进直流调压电源
数控步进直流可调电源
功能
技术指标
功能：
①电源有电压增（UP）和电压减（DOWN）两个键，按UP键时电压步进增加，按DOWN键时电压步进减小。
②输出电压5~12V，步进为1V；
③输出电压误差最大±0.1V；
④输出电流不小于1A；
目的
与意
义
设计的目的与意义：
电源、导线、负载是电路的三大组成部分。
而电源是必不可少的，是提供能量的是电路的动力。
目的：
巩固所学的基础知识，会熟练运用所学的各种元器件，了解电路设计的流程、掌握学习方法。
意义：
提高自己在电子信息技术方面的能力，学到一技之长，将来走向社会成为有用的人才。
目录
第1章绪论
1.1设计要求
1.1.1设计指标
1.1.2设计功能
第2章电路
2.1电路方框图
2.2电路原理
第3章单元电路设计与分析
3.1单元电路设计
3.2参数的计算与元器件的选择
3．2．1电源电路
3.2.3开关电路
3.2.4分压电路
3.3CD4051工作原理及内部结构
3.4LM317基本功能与优点
3.574LS193的简单说明
3.6其它元件技术要求
第4章整机电路的工作原理
收获与体会
参考文献
●
第一章
绪论
电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。
交流电源一般为220V、50HZ电源，但许多家用电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电电源，如收音机、电视机、带微控制处理的家电设备等都离不开这种电源。
但通过电网传输给用户所用的电源并不是直流，而且不一定满足用户需要的电压值，那怎样满足用户需求呢？
这就必须依靠交直流转换调压电路来实现了。
不过问题又来了，如果用户需要一个可以根据自己想法来调节的电路呢？
那就必须可控。
直流电源又分为两种：
一类是能直接供给直流电流或直流电压，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压，这类变换电路统称为直流稳压电路。
现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作。
我们这个项目就要实现电压的降压，并且将交流电转换成直流，还有必须受控的功能，这就是数控步进调压直流电源。
关键词：
降压电源、稳压电源、数控步进、可调
1.1设计要求
proteus中电路搭接要求外表美观，能够实现题目所要求的功能、量化指标等。
按照老师给定模板制作电子设计说明书，说明书应包括以下内容：
（1）课题名称
（2）已知条件（3）主要技术指标（4）电路工作原理，电路设计（5）整机电路原理图，并标明各元件参数。
课程设计要求每组独立完成，答出老师所问的问题。
要求全设计过程在一周内完成。
1.1.1设计指标
（1）交流输入电压范围：
220V±10%
（2）输出电压范围：
5-12V
（3）输出电流范围:
≥1A
1.1.2设计功能
①电源有电压增（UP）和电压减（DOWN）两个键，按UP键时电压步进增加，按DOWN键时电压步进减小。
②输出电压5-12V，步进为1V；
③输出电压误差最大±0.1V；
④输出电流不小于1A；
拥有电压值显示，并且不需外部供应+5V直流电源。
●第二章
电路
数控步进直流调压电源电路分为电源电路、按钮开关电路、分压电路和可调稳压电路、显示电路等构成。
电路主要元件为集成芯片CD4051、CD4511、74LS193、74LS279和可调三端集成稳压器LM317。
2.1电路方框图
2.2电路原理
（1）电源变压器：
是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：
利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电
（3）滤波电路：
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。
（4）稳压器电路：
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
（5）点触开关电路：
用硬件的方式，利用锁存器的原理达到硬件防抖的目的。
（6）信号处理电路：
用与、或、非门组合成逻辑电路，为后面的显示电路转换输入的二进制数。
（7）显示电路：
利用电路中的预设模拟信号，用两个7段显示数码管显示器显示输出电压值。
●第三章
单元电路设计与分析
3.1单元电路设计
在设计单元电路首先应考虑电源供电问题，设计出电源电路+5v，可以用固定LM317来产生直流+5v。
同时要得到5-12V之间可调的直流电压，步进为1v的电压输出，就可以用可调式三端集成稳压器（LM317）来实现，通过调整端与地之间所接电阻值的不同来改变输出的电压值，但调整端与地之间的分压电阻值的大小如何去控制，电路中巧妙地运用了CD4051集成电路在来实现可调端与地之间所接电阻值的大小，不过在电路中需要考虑CD4051自身的电阻对电压的影响，这里就需要在proteus中进行仿真操作，从而控制可调三端集成稳压器的电压输出值，以实现其电路设计要求的功能。
电源电路可通过变压器降压，二极管桥式整流，电容滤波，将交流220v电压降为20v左右交流电压经滤波电路送给固定三端集成稳压器得到+5v电压，可以给电路中本身的集成芯片提供工作电压。
除开上述电路部分还有其他的电路控制于显示部分，下面将逐一说明。
3.2参数的计算与元器件的选择
对于该课程设计参照网络或者书籍上的数控步进直流调压电源基本框架已设计完成，下面对其各单元电路进行元器件参数计算，进而选择合适的元器件搭接电路。
3．2．1电源电路
为电路提供稳定的直流+5v电源
图1
由外部220v交流电输入，经变压器得到一个约为20v的交流电源，再经二极管组成的整流电桥电路得到一个近似直流20v电源，后经一系列的有电容与二极管组成的滤波电路滤波，得到一个稳定的20v直流电源（图1），整流电路，滤波电路，整流电桥选用全波整流电路，滤波电容选用1000uF，选择220v-20v的变压器，后面接整流桥整流电100uF的电解电容，产生一个+5v的脉动直流电压。
公式Vo=（1+R1/R）*1.25，在图2中R=0.2k，R1=593Ω（考虑到电路中其他电阻的影响），得出Vo=5V，输出电压与输入没有关系。
LM317是普通的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.25～37V。
图2
计算公式为：
Uo=（1+R1/R）*1.25
3.2.3开关电路
开关电路必须考虑抖动现象，在开关电路中就必须设法排除。
抖动现象
利用SR锁存器就可以排除抖动现象。
由图可知，现在R非为地电位，S非为高电位，Q为低电位，当开关打向N的过程中可能再次与M接触，如果没有防抖，则可能会有脉冲信号产生，而上面的电路中却不会有这样的情况，再次接触M时Q依然为地电位，而且当T与M、N都没有接触是，触发器为保持状态，当T与N接触时，Q才转变成高电位，这就有一个上升沿脉冲，下降沿脉冲的产生同理可以分析得到。
下面是SR触发器真值表与74ls279芯片引脚图
下图为proteus中开关电路
图3
由电源有电压增（UP）和电压减（DOWN）两个键，按UP键时电压步进增加，按DOWN键时电压步进减小。
3.2.4分压电路
选用8个分压电阻，其中连接可调三端稳压器LM317的固定电阻选用2000欧为上拉电阻，经过计算与x0脚相连接的电阻是5200欧（5V），而连接CD4051用七个约1500欧电阻作为可调三端稳压器LM317的可调换挡电阻（1V），共八个档位。
与CD4051相连的电阻选择电阻参数依据可调三端集成稳压器输出电压公式，如：
Uo=1.25（1+R／Rp）。
图4
3.3CD4051工作原理及内部结构
CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。
INH是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。
如果在八个通道输入一模拟量，在输出端将输出什么,输入什么是自己设定，例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号。
Vee是电子开关的8个输入端可以允许的信号范围下限。
CD4051管脚图及真值表
引脚功能描述：
A0～A2地址端I0/O0～I7/O7输入输出端
INH禁止端O/I公共输出/输入端
VDD正电源VEE模拟信号地
3.4LM317基本功能与优点
LM317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.25～37V。
其接法如下：
1，2脚之间为1.25V电压基准。
为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。
改变R2阻值即可调整稳压电压值。
D1，D2用于保护LM317。
Uo=（1+R2/R1）*1.25
3.574LS193的简单说明
74LS193同步可逆递增/递减四位二进制计数器
特点：
电路可进行反馈，而很容易的被级联，即把借位输出端和进位输出端分别反馈到后级计数器的减计数输入端和加计数输入端上即可。
可置数并且有清零端口。
•芯片内部有级联电路
•同步操作
•每触发器有单独的预置端
•完全独立的清零输入端
引脚图：
MR
PL
CPU
CPD
MODE工作模式
H
X
X
X
Reset（Asyn.）清除
L
L
X
X
Preset（Asyn.）预置
L
H
H
H
NoChange保持
L
H
↑
H
CountUp加计数
L
H
H
↑
CountDowN减计数
H=高电平L=低电平X=不定态，↑=由“低”→“高”电平的跃变
引脚功能表：
CPU
CountUpClockPulseInput计数芯片时钟脉冲输入
CPD
CountDownClockPulseInput倒计时时钟脉冲输入
MR
AsynchronousMasterReset（Clear）Input异步主复位（清除）输入
PL
AsynchronousParallelLoad（ActiveLOW）Input异步并行负载（低电平）输入
Pn
ParallelDataInputs并行数据输入838电子
Qn
Flip-FlopOutputs（Noteb）触发器输出（附注b）
TCD
TerminalCountDown（Borrow）Output（Noteb）终端倒计时（借）输出（注b）
TCU
TerminalCountUp（Carry）Output（Noteb）终端数最多输出
3.6其它元件技术要求
显示电路
由于电路中使用的74ls193只使用八个档位，即000-111，但是在显示问题上是从5V-12v八个档位，所以就必须通过组合逻辑电路转换，真值表如下：
B
C
D
L4
L3
L2
L1
L0
显示
0
0
0
0
0
1
0
1
5
0
0
1
0
0
1
1
0
6
0
1
0
0
0
1
1
1
7
0
1
1
0
1
0
0
0
8
1
0
0
0
1
0
0
1
9
1
0
1
1
0
0
0
0
10
1
1
0
1
0
0
0
1
11
1
1
1
1
0
0
1
0
12
组合逻辑电路：
CD4511
CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
引脚图与真值表：
其功能介绍如下：
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端.a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作.
输 入
输 出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
十进制大于9
0
0
0
0
0
0
0
消隐
Proteus中电路图如下图5：
图5
●第4章
整机电路的工作原理
此电路从LM317芯片出发，在得知此芯片拥有可调稳压的功能后，并且知晓此芯片的输出电压并不随输入的变化而变化，只与输出端的两个电阻的比值有关系，那么我们就想，能不能通过改变阻值来控制电压的变化从而达到步进调压的功能。
通过古老的机械式调电阻的方式并不恰当，用数控的方式会更加精确与可靠，所以我们就想到了CD4051芯片，此芯片可控且具有模拟电子开关的功能，从而改变电阻值进而达到步进调压的目的，设计就应运而生了。
收获与体会
经过几天的努力，终于完成了课程设计，达到了设计目标。
我们查阅了大量的资料，拓展了知识面。
在设计过程中碰到了不少了问题，通过在互联网上查询资料、到图书馆借阅书籍和老师的细心指导逐一克服了困难。
每一次困难的排除，都使我们收获颇丰，令我们信心倍增。
最令我感受深刻的是，在稳压调节电路环节中，我们很长时间没有搞明白稳压调节的实现方法，最终查阅大量资料，找到了优秀的实现方法，令我不禁感叹模拟电路的深奥。
通过本次数控步进直流稳压电源项目的设计，使我们更深入认识了模拟电路的应用，培养了我分析问题解决问题的方法，更重要的是增强了自信心，坚定了我更深入学习电子技术，为以后的学习打下了坚实的基础。
参考文献
1.康光华电子技术基础（模电部分）、高等教育出版社、2006
2.张国云、电子技术基础实验教程.中南大学出版社,2006
3.康华光.电子技术基础.数字部分、高等教育出版社,2006
4.阳鸿韵电源集成电路必备宝典，北京;机械工业出版社。
2007
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