数控直流电源的设计

1、*科技大学电子技术课程设计任务书设计题目：数控直流电源的设计姓名：班级： 学号:一、设计要求设计题目：数控直流电源的设计(B)设计内容：设计一线性输出电压可调的直流电源。电源有电压增( UP)和 电压减(DOWN )两个键，按UP时电压步进增加，按 DOWN时电压步进减小。 具体要求如下：(1) 输出电压512V，步进为1V; (40分)(2) 输出电压误差最大 ).1V; (40分)(3) 输出电流不小于1A ;(5分)测试条件：分别测试输出为5V、6V、7V、。、12V的输出电压。输出电流 通过设计预以保证。评分标准：注：满分为95分(1) 输出电压512V,步进1V，得满分，否则不得分；

2、(2 )输出电压误差W1V,得满分；).1V输出电压误差W2V，扣 10分；).2V输出电压误差w3V，扣20分；输出电压误差.5V，不得 分。发挥部分：用LED或数码管显示电压设定值；参考元器件:74LS192,74HC138三极管 S8050/S855Q LM317, CD4511 等。二、电路方框图数控步进直流稳压电源电路分为电源电路、顺序脉冲发生电路、开关电路、分压电路和三端可调稳压输出构成，电路主要元件为集成芯片CD4051和可调三端集成稳压器LM317(1) 电源变压器：是降压变压器，它将电网 220V、50hz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

3、器的副边电压确定。(2) 整流电路：利用整流二极管单向导电性，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) 按键电路是为开关电路提供开关脉冲，使开关管顺序导通。(6) 计数器在按键的脉冲下产生步进与步减，按制模拟开关的输入。(7) 显示电路是显示所选择档位与输出电压值。三、单元电路设计与分析通过对方框图的分析，可以进一步设计出各部分单元电路的具体原理电路图，并选择计算各单元电路元件的参数，然后按参数

4、选择合适元件将各元件按原理图搭接，测试其能否实现电路要求的量化指标。在设计单元电路首先应考虑电源供电问题，设计出电源电路得出各集成IC块所需的+5V电源，可以用固定三端集成稳压器（7805）来产生直流+5v。同时 要得到5-12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，我们会想到用模拟开关CD4051去控制可调端与地之间所接电阻值的大小，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

5、流，电容滤波，将 220v电压降 为18v左右交流电压经虑波送给固定三端集成稳压器得到 +5v电压，可以给各IC 块提供工作电压，确保两芯片的电源输入。此外它还3.2参数的计算与元器件的选择 对于该课程设计题目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。1、电源电路电源电路由变压、整流、滤波、稳压四部分组成，变压部分用220V-18V/10W 的小功率变压器，后面的TR1TRAN-2P2SC2O.luF78051VI2D21N4007VO100uF0.1UFD11N4007740 1Voa整流桥用四个同型号的1N4007搭成，整流

6、以后的波形如下 ：2rtTt B 4 bI + *I 4 + 4i Lt尽管整流后的电压为直流电压，但波动较大，仍然不能直接作为电源使用， 还需进一步滤波，将其中的交流成份滤掉，滤波这里是采用电容，电解电容为 4700 Uf,无极电容用钽电容0.1uf.从整流二极管的电压经过电容滤波后成为有 效值为+25V的脉动电压，此脉动电压输入到7805的电压输入端（第1脚），经7805 稳压管稳压输出+5V的直流稳压，这电压正好给电路中其它IC块做供电电压， 7805的2-3、3-1脚之间接入一个起保护作用的二极管，这里选用IN4007,为了减小负载电路给7805输出电压产生输大的波动，所以在 7805

7、的5V输出端接入 两滤波电容；同时，25V的脉动电压给LM317提供输入电压.2、按键控制电路按键控制电路实现电源的步增、步减以及复位的功能。start/restart十进制可逆计数器 74LS192引脚图管脚及功能表：74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数 等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：Vo： Pa iffitj pl Pa 力阿冋冋而而而阿710 12 3 p p p pu D crcpPLDO1213o 1 2 3 QQQQ(a)引脚排列(b)逻辑符号图5-474LS192的引脚排列及逻辑符号图中：丄为置数端，二为加计数端，为减计数端， 为非同步

8、进位输出端，为非同步借位输出端，P。、Pi、P2、P3为计数器输入端，工:为清除端，Q、Q、Q、Q为数据输出端。其功能表如下：输入输出MRPLP2P1P0QQQQ01XXXXXXX000000XXdcbadcba01X1XXXX加计数011XXXXX减计数74LS192在计数时清零端MR通过下拉电阻R4(1K)接低电平，在需清零时则按下start/restart按扭可实现清零。PZ预置端接“ 1”，CPu与CPd分别通过电阻R2R3接高电平，同时通过点触开关 UP与DN接到“0”上，实现计数输入， 当按下点触开关时，计数端则由低电平跳变为高电平，松开点触开关后则会又跳 回到低电平，实现对74L

9、S192输入一个脉冲。每按一下UP或 DN则计数器会相应 的加1或减1。由于本电路中只出现5-12V的8个电压点，所以只要实现计数器 在8的范围内计数即可，当输出端 QQQQ从“0000”计数到“ 1110时,则可实 现8种不同状态的控制，所以，当计数器输出到0001时让计数器又被清零到0000，所以可以只在5-12之间的状态出现，而不会现无用状态。3、显示电路显示电路可以达到与电压值大小相等的同步显示，由于输出电压是可增可减的电压，所以显示电路仍得用一个双时钟的加减计数器，这里仍选用74LS192.U3D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR361474LS19212 /

10、13 好5IpU6:A74LS323AQABQBCQCDQDQELTQFBIQGLE/STBU774HC4511U4U8151109DOD1D2D3QOQ11114UPDN PLMR37Q2CQ3DLE/STBTCUTCDLTBIQAQBQCQDQEQFQG131211109151474LS192计数器Ub的Up Dn分别接按键控制电路中计数器 U2的Up Dn,由计数器U 的MR通过反相器后接到U3的PL端，这样就可以实现按键电路与显示电路同步 的效果了。计数器Ub用于控制显示电压值的个位，计数器 U用于控制显示电压 值的十位。当个位为5、6、7、8、9时，十位应为0;当个位为0、1、2时十

11、位 应显示1,列出12、Ub与U4的关系真值表如下：LM317 VOut56789101112U2QQQQ00000001001000110100010101100111Ub010101100111100010010000000100101400000000000000000000000100010001个位数码管显示56789012十位数码管显示00000111理论数码管显示0506070809101112由以上表格可以看出，在 U3的QQ为00时，U4则输出1,否则输出0,所 以只要从Ub的QQ输出到一个或门，将或门的输出接到 U4的PL与MF即可，这 时实现了十位数码管的正确显示。4、可

12、调稳压电路可调稳压电路实现变调电压与稳电压的功能。调电压用8选一模拟开关CD4051稳压部份采用可调稳管LM317CD4051功能及使用概述：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。此外， CD4051还设有另外一个电源端 VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰-峰值达15V的交流信号。例如，若 模拟开关的供电电源 VDD= + 5V , VSS=OV，当VEE= 5V时，只要对此模拟开关

13、施加05V的数字控制信号，就可控制幅度范围为-5V+ 5V的模拟信号。.使用十六进制代码就可以对CD4051进行操作了。比如说 P1=0X07，这样CD4051就选择的是 7号（二进制111 ）通道了。 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05V的数字控制信号，这里 ，ABC数字控制信号就可以使用5V信号了，因为VDD是5v,里面控制部分就都是5V逻辑.当VEE=5V时，就可控制幅度范围为5V+ 5V的模拟信号。当 Vee=-8V时,就可以可控制幅度范围为8V+ 5V的模拟信号.V

14、ee就是电子开关的 8个输入端可以允许的信号范围下限.注意不要超过它的极限参数.峰一峰值达15V。而本电路中的 CD4051是用来控制LM317调整端的电阻。INPVT STATESINHIBITaA褥1PISUBlS 1Ha卄fl00Q0fl11a0iD2aUi13oP0D4a1fl*1 a1D6ani17iit*NcfKICD4051管脚图及逻辑符号图引脚功能描述:A0A2地址端I0/O0I7/O7输入输岀端INH禁止端0/1公共输出/输入端VDD正电源VEE模拟信号地LM317概述LM317三端可调正稳压器集成电路。LM317的输出电压范围是1.2V至37V,负载电流最大为1.5A它的使

15、用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和 负载调整率也比标 准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等 多种保护电路。通常LM317不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317输入 端的连线超过6英寸(约15厘米)。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端 使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM317能够有许多特殊的用法。比如 把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百 伏的电压，只要输入输出压差不超过LM317的极限就行。当然还要避免输出端短 路。还 可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。5V供电5V_outD4

16、120本电路中，当输入电压通过 LM317的1脚，通过CD4051控制调整端的电阻 来调节输出电压值在5V到12V之间可调，D3D4的作用是保护LM317输出电压是 UO=1.25(1+R/R1),所以设置合适的R、RP就可以使输出的电压步进值是 1V,他 们的关系为R/R1=1.25,为了取到方便的电阻，所以这里选用R1值为150欧，RP为七个同值的120欧的金属模电阻.R5决定着最小输出电压，本电路的电压是从 5V开始的，所以电压应从 5V开始，所以此处5=1.25(1+Rs/R1)，得到R为450 欧，考虑到电路的误差会对输出电压产生较大的影响，所以此处将民用一个10K的电位器代替。5V

17、_outD4所以最终可调稳压电路如上图所示四、总原理图:D21N45V outU9丄BR1M317FMPTRAN-2PR5365U2D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3J R13 120UPTCUDNTCD2PL0 R12MR74LS192U5:Ay74HC04U31514E/STBpuU6:A74LS323U4153713“HED3Q3D9514MR/4HC4511D0D1D2D3UPDNPLMRD0D1D2UPDNPLTCUTCDTCUTCDQ0Q1Q2Q3Q0Q1Q2LTBIBCQAQBQAQBQCQDQEQFQG341511011012111N4007start/restart C1 二

18、C2BRIDGE4700u10 1uFX1X2X3X4X5X6X711U7A B CLTBIQCQDQEQFQG五、元件清单:13 ResistorsQuan tity_Refere ncesValueOrder Code4R1-R41K1R5365M100K1R61507R8-R13, R1391204 CapacitorsQuan tity_Refere ncesValueOrder Code1C14700uF2C2, C40.1uFMaplin WX56L1C3100uF10 Integrated CircuitsQuan tity_Refere ncesValueOrder Code1U174HC40513U2-U474LS1921U574HC041U674LS322U7, U874HC45111U9LM317EMP1U6878054 DiodesQua ntity:Refere nce