步進(jìn)可控調(diào)壓直流電源

.PAGE.XX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：①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。②輸出電壓5~12V,步進(jìn)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(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,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 設(shè)計(jì)指標(biāo)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3．2．1電源電路開關(guān)電路分壓電路3.3CD4051工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.4LM317基本功能與優(yōu)點(diǎn)3.574LS193的簡單說明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)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(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。設(shè)計(jì)指標(biāo)〔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(shè)計(jì)功能①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。②輸出電壓5-12V,步進(jìn)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(yīng)+5V直流電源。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220v交流電輸入變壓器電橋整流集成穩(wěn)壓器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?！?整流電路：利用單向?qū)щ娫?把50Hz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?！?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?！?信號(hào)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(jìn)制數(shù)?！?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。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(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。3．2．1電源電路為電路提供穩(wěn)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=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(guān)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1.25～37V。圖2計(jì)算公式為：Uo=<1+R1/R>*1.25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。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+R／Rp。圖43.3CD4051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,只要對此模擬開關(guān)施加0～5V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：A0～A2地址端I0/O0～I(xiàn)7/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3.4LM317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1.25～37V。其接法如下：1,2腳之間為1.25V電壓基準(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>*1.2574LS193的簡單說明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LHHHNoChange保持LH↑HCountUp加計(jì)數(shù)LHH↑CountDowN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

CountUpClockPulseInput計(jì)數(shù)芯片時(shí)鐘脈沖輸入

CPDCountDownClockPulseInput倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘脈沖輸入

MR

AsynchronousMasterReset<Clear>Input異步主復(fù)位〔清除輸入

PL

AsynchronousParallelLoad<ActiveLOW>Input異步并行負(fù)載〔低電平輸入

Pn

ParallelDataInputs并行數(shù)據(jù)輸入838電子

Qn

Flip-FlopOutputs<Noteb>觸發(fā)器輸出〔附注b

TCD

TerminalCountDown<Borrow>Output<Noteb>終端倒計(jì)時(shí)〔借輸出〔注b

TCU

TerminalCountUp<Carry>Output<Noteb>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5V-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?？芍苯域?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〔消隱狀態(tài),不顯示數(shù)字。

LT：3腳是測試輸入端,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

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5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(gè)電阻的比值有關(guān)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(dá)到步進(jìn)調(diào)壓的功能。通過古老的機(jī)械式調(diào)電阻的方式并不恰當(dāng),用數(shù)控的方式會(huì)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(guān)的功能,從而改變電阻值進(jìn)而達(dá)到步進(jìn)調(diào)壓的目的,設(shè)計(jì)就應(yīng)運(yùn)而生了。收獲與體會(huì)經(jīng)過幾天的努力,終于完成了課程設(shè)計(jì),達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。我們查閱了大量的資料,拓展了知識(shí)面。在設(shè)計(jì)過程中碰到了不少了問題,通過在互聯(lián)網(wǎng)上查詢資料、到圖書館借閱書籍和老師的細(xì)心指導(dǎo)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