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__________

姓名______

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

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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：

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

技术指

压步进戒小。

标②输出电压5〜12V,步进为IV；

③输出电压误差最大±o.iv；

(4)输出电流不小于1A;

设计的目的与意义：

目的电源、导线、负载是电路的三大组成部分。而电

与意源是必不可少的，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

义

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

323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

To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。直流电源又分为诙种：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

L1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：21A

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IV；

③输出电压误差最大±O.1V；

4输出电流不小于1A；

⑤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

CD4051sCD4511.74LS193.74LS279和可调三端集成稳压器LM317。

2.1电路方框图

5-12v

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法制数。

(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O

•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，设计出电源电路十5v,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lv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

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lOOuF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=593Q（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。

计算公式为：Uo=（l+Rl/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。

3）机械开关（b）因抖动产生的干扰信号

机械开关及抖动现象抖动现象

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的过程中可能冉次

与M接触，如果没有防抖，则

可能会有脉冲信号产生，而上面

机械开关防抖动电路

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74IS279芯片引脚图

INPUTOUTPUT

S1S2R(Q)

VccS!RQSiS2RQ

LLLh

LXHH国RI同同同向园回

XLHH

HHLL

HHHNoChange

L=LOWVoitageLevei

H=HIGHVohd9eLevei

X-Don'tCare

h■TheoutputnHIGHaslongas

SiorS21sLOWIfaflnputsgo

HIGHsimuttaneously.theoutput

stateisindetenTsnate:otherwise,RS]S2GRSjQGND

itUieTiuDiTatrte

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

电压上升

&TEx>]进增加，按DOWN键时

R13电压步进减小。

100k

kTEXT>

R15

100k

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(IV),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=L25

(1+R/Rp)。

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”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=十5V,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

MUX/DX

真值表

INH4EN8

INPVTSTATIS

选中输出通道

INHIBITcA

CD4051B

00000

00011

0!02

00113

01004

01015

01106

01117

1XXX，皿

引脚功能描述：

A0~A2地址端10/00-17/07输入输出

，山

V而

INH禁止端0/1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：

D2

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。DltD2用于保护LM317。

Uo=(l+R2/Rl)*1.25

3.574LS193的简单说明

74LS193同步可逆递增/递成四位二进制计数器

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：

CONNECTIONDIAGRAMDIP(TOPVIEW)

NOTE:

TheFatpabversion

hasthesamepinouts

(ConnectionDiagram)as

theDualIn-LinePackage.

MRPLCPUCPDMODE工作模式

HXXXReset(Asyn.)清除

LLXXPreset(Asyn.)预置

LHHHNoChange保持

LHtHCountUp加计数

LHHtCountDowN减计数

H二高电平L二低电平X二不定态，T=由“低”一“高”电平的跃变

引脚功能表：

CPUCountUpClockPulseInput计数芯片时钟脉冲输入

CPDCountDownClockPulseInput倒计时时钟脉冲输入

MRAsynchronousMasterReset(Clear)Input异步主复位(清除)输入

PLAsynchronousParallelLoad(ActiveLOW)Input异步并行负戮(低电平)输入

PnParallelDataInputs并行数据输入

QnFlip-FlopOutputs(Noteb)触发器输出(附注b)

BCDL4L3L2LIL0显示

000001015

TCDTerminalCountDown(Borrow)Output(Noteb)终端倒计时(借)输出(注b)

TCUTerminalCountUp(Carry)Output(Noteb)终端数量多输出

3.6其它元件技术要求

显示电路

由于电路中使用的741sl93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：

001001106

组合逻辑电路:

010001117

011010008

100010019

1011000010

1101000111

1111001012

LO=DL\=BCD+~BCD+BCD

L2=BC+BCDL3=BCD+BCD

L4=BD+BC

CD4511

CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码一七

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：

u

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

图CD4511的弓IW图

灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1,LT=O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”o它主要用来检测数

码管是否损坏。

LE：锁定控制端，当LE=O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。

AisA2、A3、A4、为8421BCD码输入端ab、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

LEBILIDCBAabcdefg显示

XX0X