電子電路cad課程設(shè)計(jì)--基于protues的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、<p>　　電子電路CAD課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目： 利用Proteus實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源仿真 </p><p>　　院 （系）： 電氣與控制工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級： 12級測控技術(shù)與儀器02班 </p><p>　　利用Proteus實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源仿真&l

2、t;/p><p><b>　　功能要求與技術(shù)指標(biāo)</b></p><p><b>　　1.1功能要求</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源的作用是通過把50Hz的交流電變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓從而使電路變成恒定的直流電壓，供給負(fù)載，設(shè)計(jì)出的直流穩(wěn)壓電源應(yīng)不以電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載的變換而改變。所以本設(shè)計(jì)應(yīng)包含電源變壓器、整流電

3、路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成。</p><p><b>　　1.2技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　基本要求：短路保護(hù)，電壓可調(diào)。若用集成電路制作，要求具有擴(kuò)流電路。</p><p>　　輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：0-29V可調(diào)；</p><p>　　最大輸出電流：1.5A；</p><p>　

4、　輸出電阻Ro：小于1歐姆。</p><p>　　其他：紋波系數(shù)越小越好（ 5%Vo ），電網(wǎng)電壓允許波動(dòng)范圍（ 10% ）</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十安以下的直流電源，其基本組成</p><p

5、>　　直流穩(wěn)壓電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。</p><p>　　變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如圖所示?？梢钥闯?，他們均含有較大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正

6、常工作。</p><p>　　為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾波電路為無源電路，所以接入負(fù)載后勢必影響其濾波效果。對于穩(wěn)定性要求不高的電子電路，整流、濾波后的直流電壓可以作為供電電源。</p><p>　　交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或者

7、負(fù)載變化時(shí)，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　方案選擇</b></p><p>　　圖3-1 直流穩(wěn)壓電源的組成</p><p>　　3.1 變壓器的選擇</p><p>　　在變壓電路中，變壓器把220V

8、、50Hz的單相交流電先降壓，變成所需的交流電。然后經(jīng)整流電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定的輸出(如圖3-1所示)。根據(jù)橋式整流電路和電容濾波電路的輸出與輸入電壓的比例關(guān)系，從輸出電壓的最大值41V倒推，可以算出所使用的降壓變壓器的副邊電壓有效值應(yīng)為29V左右。故原、副邊電感比值為1:0.033。</p><p>　　3.2整流電路的選擇</p><p>　　整流橋作為一種功率元

9、器件，非常廣泛。應(yīng)用于各種電源設(shè)備整流。</p><p>　　全波整流橋的內(nèi)部主要是由四個(gè)二極管組成的橋路來實(shí)現(xiàn)把輸入的交流電壓轉(zhuǎn)化為輸出的直流電壓。在整流橋的每個(gè)工作周期內(nèi)，同一時(shí)間只有兩個(gè)二極管進(jìn)行工作，通過二極管的單向?qū)üδ?，把交流電轉(zhuǎn)換成單向的直流脈動(dòng)電壓。</p><p>　　半波整流電路中的二極管安全工作條件為：</p><p>　　二極管的最大整流電

10、流必須大于實(shí)際流過二極管平均電流，即</p><p>　　b）二極管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實(shí)際所承受的最大反向峰值電壓URM，即</p><p>　　單相半波整流電路簡單易行，所用二極管數(shù)量少。但是由于它只是利用了交流電壓的半個(gè)周期，所以輸出電壓低，交流分量大，效率低。因此，這種電路僅適用于整流電流較小，對脈動(dòng)要求不高的場合。</p><p>　　綜合

11、分析，選擇單相半波整流更為適宜。</p><p>　　3.3可調(diào)式穩(wěn)壓器件LM317</p><p>　　集成穩(wěn)壓器與簡單穩(wěn)壓電路相比其電路結(jié)構(gòu)簡單，它可以通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。并且內(nèi)部有過熱保護(hù)、過流保護(hù)等保護(hù)電路，可以很安全的保護(hù)電路的正常工作。由LM317組成的基準(zhǔn)電壓源電路，電容Co用于消除輸出電壓中的高頻噪音，可取小于1μF的電容。輸入端和調(diào)整端之間的電壓時(shí)非

12、常穩(wěn)定的電壓，其值為1.25V。輸出電流可達(dá)1.5A。LM317 的輸出電壓范圍是1.25V至37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。 </p><p>　　一般設(shè)R2為100~200Ω，典型值為120Ω，這里設(shè)為200Ω。在實(shí)際接線時(shí)，這個(gè)電阻應(yīng)盡可能地靠近LM317元件來接，因?yàn)楸緫?yīng)是LM317內(nèi)部電阻。</p><p>　　由上面的公式算出滑

13、動(dòng)變阻器的最大值為4.92kΩ，取典型值4.1kΩ，這樣最大值達(dá)不到37V，理論上只有32V左右，仿真時(shí)顯示為33.5V，有些誤差，并且最小值也比1.25V小。</p><p>　　電容C2和C3分別為去抖和濾波作用。C2并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，可防止滑動(dòng)變阻器在調(diào)節(jié)過程中由于抖動(dòng)而產(chǎn)生的諧波，一般經(jīng)驗(yàn)值為10μF。C3為輸出側(cè)二次濾波，其目的是去掉輸出電壓波形中細(xì)小的波紋。C1與C3的關(guān)系一般為22倍。</

14、p><p><b>　　具體模塊設(shè)計(jì) </b></p><p><b>　　4.1變壓電路</b></p><p>　　在變壓電路中，變壓器把220V、50Hz的單相交流電先降壓，變成所需的交流電。根據(jù)橋式整流電路和電容濾波電路的輸出與輸入電壓的比例關(guān)系，從輸出電壓的最大值41V倒推，可以算出所使用的降壓變壓器的副邊電壓有效值

15、應(yīng)為29V左右。故原、副邊電感比值為1:0.033。此處的39V為交流電最大值，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后可得到29V直流輸出。</p><p>　　圖4-1 變壓電路的仿真圖</p><p>　　4.2整流及濾波電路</p><p>　　整流采用常用的是二極管橋式整流電路（如圖4-2）。要詳細(xì)計(jì)算濾波所需的電容值，則可采用以下公式：</p><p&

16、gt;　　式中，為濾波之后的最大電壓，為濾波之后的波紋電壓，即最大電壓與最小電壓的差值，R為負(fù)載電阻，f為工頻50Hz。</p><p>　　4-2整流及濾波電路仿真</p><p><b>　　4.3穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　集成穩(wěn)壓電路的核心器件是LM317，在實(shí)際應(yīng)用中要注意加裝散熱片。為了保護(hù)集成器件在接反的狀態(tài)下不被燒毀，

17、在輸入、輸出端之間以及輸出與調(diào)節(jié)端之間分別接反向保護(hù)二極管1N4003，如圖4-3所示。</p><p><b>　　4-3穩(wěn)壓電路仿真</b></p><p><b>　　電路仿真</b></p><p><b>　　5.1軟件繪圖</b></p><p>　　5-1直流穩(wěn)壓

18、電路仿真</p><p><b>　　5.2仿真結(jié)果</b></p><p>　　通過Proteus對直流穩(wěn)壓電源的仿真，最終得到了穩(wěn)定的直流輸出，并且在0-29V范圍內(nèi)可調(diào)。用示波器分別測出變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)流電路的輸出波形。</p><p>　　5-2-1原副邊輸出波形</p><p>　　5-2-2整

19、流后波形</p><p>　　5-2-3濾波后波形</p><p>　　5-2-4最終輸出直流波形</p><p><b>　　5.3討論</b></p><p>　　C1變化對輸出波形的影響</p><p>　　C1為電解電容，電容的數(shù)值越大，輸出波形的紋波就越小,有利于抑制高頻和脈沖的干擾。&

20、lt;/p><p>　　C2變化對電路的影響</p><p>　　C2的作用是去抖和濾波，當(dāng)沒有C2時(shí)，在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器過程中由于抖動(dòng)會(huì)產(chǎn)生諧波，使輸出電壓波形產(chǎn)生細(xì)小的波紋。</p><p>　　D2、D3對電路的影響</p><p>　　沒有D2時(shí)，當(dāng)LM317輸入端元件短路時(shí)，出現(xiàn)U0大于U1，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由其輸出端經(jīng)LM317流輸入端的泄

21、放電流。這個(gè)電流將可能損壞LM317，接入D2后，D2提供一個(gè)泄放電流的通路（D2正偏），從而保護(hù)了LM317。</p><p>　　沒有D3時(shí)，LM317的1端產(chǎn)生電流會(huì)使其損壞。</p><p><b>　　6.結(jié)論</b></p><p>　　在Proteus ISIS界面中，調(diào)節(jié)電位器RV1，可以看到輸出電壓隨著電位器的調(diào)節(jié)相應(yīng)發(fā)生變化

22、，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，測得輸出電壓在1.25~37V可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　附錄——4×4矩陣式鍵盤識別技術(shù)</p><p><b>　　6.1電路原理圖：</b></p><p><b>　　6-1電路原理圖</b></p><p><b>　　6.2

23、源程序清單：</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 0030H</p><p>　　MAIN: MOV P2,#0F0H ; 給列送高電平 </p><p>　　LC

24、ALL Delay ; 延時(shí)，使電路穩(wěn)定</p><p>　　MOV A,P2 ; 取P2口的值</p><p>　　ANL A,#0F0H ; 屏蔽行線的影響</p><p>　　CJNE A,#0F0H,l ; 如果有鍵按下，就跳轉(zhuǎn)到</p><p>

25、;　　AJMP MAIN </p><p>　　l: LCALL Delay ; 延時(shí)去抖</p><p>　　MOV A,P2 ; 取P2口的值</p><p>　　JB ACC.4,l1 ; P2.4這一列有鍵按下？沒有則跳轉(zhuǎn)到1</p>&

26、lt;p>　　MOV R3,#00H ; 如果有則將值0存入R3</p><p>　　AJMP Q1 </p><p>　　l1: JB ACC.5,l2</p><p>　　MOV R3,#01H</p><p>　　AJMP Q1</p>

27、;<p>　　l2: JB ACC.6,l3</p><p>　　MOV R3,#02H</p><p>　　AJMP Q1</p><p>　　l3: JB ACC.7,MAIN</p><p>　　MOV R3,#03H</p><p>

28、;　　AJMP Q1</p><p>　　Q1: MOV P2,#0FH ; 給行送高電平</p><p>　　LCALL Delay ; 延時(shí)，使電路穩(wěn)定</p><p>　　MOV A,P2 ; 取值</p><p>　　ANL A,#0FH ;

29、屏蔽高四位</p><p>　　JB ACC.0,Q2 ; 判斷是不是第0行，不是則跳轉(zhuǎn)</p><p>　　MOV R4,#00H ; 如果是則將0送給R4</p><p>　　AJMP JIA ; 調(diào)用加法程序，取得鍵盤的值 </p><p>　　Q2: JB AC

30、C.1,Q3</p><p>　　MOV R4,#04H</p><p>　　AJMP JIA</p><p>　　Q3: JB ACC.2,Q4</p><p>　　MOV R4,#08H</p><p>　　AJMP JIA</p><p>　

31、　Q4: JB ACC.3,MAIN</p><p>　　MOV R4,#0CH</p><p>　　AJMP JIA</p><p>　　JIA: MOV A,R3 ; 行號加列號就是該鍵的值</p><p>　　ADD A,R4</p><p

32、>　　DA A ; 十六進(jìn)制調(diào)整為十進(jìn)制</p><p>　　MOV P1,A ; 數(shù)碼管靜態(tài)顯示</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　Delay: MOV R6，#20H</p><p>　　Q6:： MOV R5，#0BBH

33、</p><p>　　Q5: DJNZ R5,Q5</p><p>　　DJNZ R6,Q6</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　6.3討論</b>&

34、lt;/p><p>　　經(jīng)過直流穩(wěn)壓電源的訓(xùn)練，設(shè)計(jì)電路倒沒有太大問題，只是有些地方連線錯(cuò)誤會(huì)使按鍵一直處于常開或者常閉狀態(tài)。給單片機(jī)添加程序有兩種方法，一種是直接以asm 格式直接導(dǎo)入（右鍵點(diǎn)單片機(jī)“添加源代碼文件”）；另一種是雙擊芯片“編輯元件屬性”添加hex文件。</p><p>　　6-1添加asm文件</p><p>　　6-2添加hex文件</p>

35、;<p><b>　　7.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]朱清慧,張鳳蕊.Proteus教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008</p><p>　　[2]周潤景,張麗娜.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006</p><p>　　[3]周潤景,蔡雨恬.Prote