步進可控調壓直流電源

.PAGE.XX理工學院課程設計資料班級11機電一班學號姓名曠鴻章指導教師材料目錄序號名稱數量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：數控步進直流調壓電源數控步進直流可調電源功能技術指標功能：①電源有電壓增〔UP和電壓減〔DOWN兩個鍵,按UP鍵時電壓步進增加,按DOWN鍵時電壓步進減小。②輸出電壓5~12V,步進為1V；③輸出電壓誤差最大±0.1V；④輸出電流不小于1A目的與意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,是提供能量的是電路的動力。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 設計指標設計功能第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3.2參數的計算與元器件的選擇3．2．1電源電路開關電路分壓電路3.3CD4051工作原理及內部結構3.4LM317基本功能與優點3.574LS193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第一章緒論電源可分為交流電源和直流電源,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換調壓電路來實現了。不過問題又來了,如果用戶需要一個可以根據自己想法來調節的電路呢？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定的直流電流或電壓,這類變換電路統稱為直流穩壓電路。現在所使用的大多數電子設備中,幾乎都必須用到直流穩壓電源來使其正常工作。我們這個項目就要實現電壓的降壓,并且將交流電轉換成直流,還有必須受控的功能,這就是數控步進調壓直流電源。關鍵詞：降壓電源、穩壓電源、數控步進、可調1.1設計要求proteus中電路搭接要求外表美觀,能夠實現題目所要求的功能、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容：〔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。課程設計要求每組獨立完成,答出老師所問的問題。要求全設計過程在一周內完成。設計指標〔1交流輸入電壓范圍：220V±10%〔2輸出電壓范圍：5-12V〔3輸出電流范圍:≥1A設計功能①電源有電壓增〔UP和電壓減〔DOWN兩個鍵,按UP鍵時電壓步進增加,按DOWN鍵時電壓步進減小。②輸出電壓5-12V,步進為1V；③輸出電壓誤差最大±0.1V；④輸出電流不小于1Aeq\o\ac<○,5>擁有電壓值顯示,并且不需外部供應+5V直流電源。第二章電路數控步進直流調壓電源電路分為電源電路、按鈕開關電路、分壓電路和可調穩壓電路、顯示電路等構成。電路主要元件為集成芯片CD4051、CD4511、74LS193、74LS279和可調三端集成穩壓器LM317。2.1 電路方框圖220v交流電輸入220v交流電輸入變壓器電橋整流集成穩壓器1調壓電路提供5v電集成穩壓器2輸出5-12v調壓控制電路點觸開關電路信號處理電路顯示單元濾波電路原理〔1電源變壓器：是降壓變壓器,它將電網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：利用單向導電元件,把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穩壓器電路：穩壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩定,不隨交流電網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換輸入的二進制數。〔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來產生直流+5v。同時要得到5-12V之間可調的直流電壓,步進為1v的電壓輸出,就可以用可調式三端集成穩壓器〔LM317來實現,通過調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集成電路在來實現可調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,這里就需要在proteus中進行仿真操作,從而控制可調三端集成穩壓器的電壓輸出值,以實現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左右交流電壓經濾波電路送給固定三端集成穩壓器得到+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。3.2參數的計算與元器件的選擇對于該課程設計參照網絡或者書籍上的數控步進直流調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定的直流+5v電源圖1由外部220v交流電輸入,經變壓器得到一個約為20v的交流電源,再經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=593Ω〔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是普通的可調集成穩壓器,最大輸出電流為2.2A,輸出電壓范圍為1.25～37V。圖2計算公式為：Uo=<1+R1/R>*1.25開關電路開關電路必須考慮抖動現象,在開關電路中就必須設法排除。抖動現象利用SR鎖存器就可以排除抖動現象。由圖可知,現在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生,而上面的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,觸發器為保持狀態,當T與N接觸時,Q才轉變成高電位,這就有一個上升沿脈沖,下降沿脈沖的產生同理可以分析得到。下面是SR觸發器真值表與74ls279芯片引腳圖下圖為proteus中開關電路圖3由電源有電壓增〔UP和電壓減〔DOWN兩個鍵,按UP鍵時電壓步進增加,按DOWN鍵時電壓步進減小。分壓電路選用8個分壓電阻,其中連接可調三端穩壓器LM317的固定電阻選用2000歐為上拉電阻,經過計算與x0腳相連接的電阻是5200歐<5V>,而連接CD4051用七個約1500歐電阻作為可調三端穩壓器LM317的可調換擋電阻〔1V,共八個檔位。與CD4051相連的電阻選擇電阻參數依據可調三端集成穩壓器輸出電壓公式,如：Uo=1.25〔1+R／Rp。圖43.3CD4051工作原理及內部結構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。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=＋5V,VSS=0V,只要對此模擬開關施加0～5V的數字控制信號。Vee是電子開關的8個輸入端可以允許的信號范圍下限。CD4051管腳圖及真值表引腳功能描述：A0～A2地址端I0/O0～I7/O7輸入輸出端INH禁止端O/I公共輸出/輸入端VDD正電源VEE模擬信號地3.4LM317基本功能與優點LM317是常見的可調集成穩壓器,最大輸出電流為2.2A,輸出電壓范圍為1.25～37V。其接法如下：1,2腳之間為1.25V電壓基準。為保證穩壓器的輸出性能,R1應小于240歐姆。改變R2阻值即可調整穩壓電壓值。D1,D2用于保護LM317。Uo=<1+R2/R1>*1.2574LS193的簡單說明74LS193同步可逆遞增/遞減四位二進制計數器特點：電路可進行反饋,而很容易的被級聯,即把借位輸出端和進位輸出端分別反饋到后級計數器的減計數輸入端和加計數輸入端上即可。可置數并且有清零端口。?芯片內部有級聯電路?同步操作?每觸發器有單獨的預置端?完全獨立的清零輸入端引腳圖：MRPLCPUCPDMODE工作模式HXXXReset<Asyn.>清除LLXXPreset<Asyn.>預置LHHHNoChange保持LH↑HCountUp加計數LHH↑CountDowN減計數H=高電平L=低電平X=不定態,↑=由"低"→"高"電平的躍變引腳功能表：

CPU

CountUpClockPulseInput計數芯片時鐘脈沖輸入

CPDCountDownClockPulseInput倒計時時鐘脈沖輸入

MR

AsynchronousMasterReset<Clear>Input異步主復位〔清除輸入

PL

AsynchronousParallelLoad<ActiveLOW>Input異步并行負載〔低電平輸入

Pn

ParallelDataInputs并行數據輸入838電子

Qn

Flip-FlopOutputs<Noteb>觸發器輸出〔附注b

TCD

TerminalCountDown<Borrow>Output<Noteb>終端倒計時〔借輸出〔注b

TCU

TerminalCountUp<Carry>Output<Noteb>終端數最多輸出3.6其它元件技術要求 顯示電路由于電路中使用的74ls193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換,真值表如下：BCDL4L3L2L1L0顯示000001015001001106010001117011010008100010019101100001011010001111111001012組合邏輯電路：CD4511CD4511是一個用于驅動共陰極LED〔數碼管顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器,具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅動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BI=0時,不管其它輸入端狀態如何,七段數碼管均處于熄滅〔消隱狀態,不顯示數字。

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狀態如何,七段均發亮,顯示"8”。它主要用來檢測數碼管是否損壞。

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,譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。

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的內部有上拉電阻,在輸入端與數碼管筆段端接上限流電阻就可工作.輸

入輸

出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111118011100111100119011十進制大于90000000消隱Proteus中電路圖如下圖5：圖5第4章整機電路的工作原理此電路從LM317芯片出發,在得知此芯片擁有可調穩壓的功能后,并且知曉此芯片的輸出電壓并不隨輸入的變化而變化,只與輸出端的兩個電阻的比值有關系,那么我們就想,能不能通過改變阻值來控制電壓的變化從而達到步進調壓的功能。通過古老的機械式調電阻的方式并不恰當,用數控的方式會更加精確與可靠,所以我們就想到了CD4051芯片,此芯片可控且具有模擬電子開關的功能,從而改變電阻值進而達到步進調壓的目的,設計就應運而生了。收獲與體會經過幾天的努力,終于完成了課程設計,達到了設計目標。我們查閱了大量的資料,拓展了知識面。在設計過程中碰到了不少了問題,通過在互聯網上查詢資料、到圖書館借閱書籍和老師的細心指導逐一克服了困難。每一次困難的排除,都使我們收獲頗豐,令我們信心倍增。最