4.13　实例20：简易步进数字电源制作

简易步进数字电源可以步进（退）方式输出1.25～15.19V的可调直流稳定电压。

简易步进数字电源主要由3个部分组成，分别是整流滤波部分、可调电压控制部分和电压输出显示部分，电压输出情况见表4.9。

4.13.1　整流滤波部分

整流滤波电路比较简单，如图4.32所示，采用二次侧带中心抽头的双18V变压器。变压器的功率可根据电源的输出功率选择，为保证长期工作稳定可靠，电源的最大输出功率应为变压器额定功率的60%～80%。为防止整流器的交流噪声，选用带屏蔽层的变压器，并分别在一次侧和整流二极管上加滤波电容，以保证电源不受交流噪声的影响。

整流滤波后的直流电压分成两路输出给可调电压控制部分：一路经7805稳压后输出5V稳定电压，为可调电压控制部分和电压输出显示部分提供工作电压；另一路直接为可调电压控制部分提供电压。

4.13.2　可调电压控制部分

可调电压由IC3完成，如图4.33所示，是一个标准的LM317应用电路，可以简化成如图4.34所示形式。

对LM317输出电压可由下面公式计算出来：

由图4.34可知，R′1=R15=270Ω；R′2=R11+R12+R13+R14=220+470+820+1500=3010Ω，此时J1、J2、J3、J4均断开。

很显然，如果能控制J1～J4的断开/接通组合，就能改变R′2，实现控制输出电压的目的。由数字电路知识可知，J1～J4的断开/接通组合最多有16种不同状态，所以可以获得16种不同的电压输出，见表4.9。

采用集成电路IC2（CD4029）来实现对J1～J4的控制。

当IC2的5脚为低电平（0）时，IC2允许从15脚输入的时钟脉冲信号转换成二进制代码从IC2的Q0～Q3输出。要停止其记数，只要将IC2的5脚恢复为高电平（1）即可。

IC2的10脚为记数递增、递减控制端。当10脚为高电平（1）时，Q0～Q3输出的二进制代码为递增；当10脚为低电平（0）时，Q0～Q3输出的二进制代码为递减。

Q0～Q3的输出分别通过T1～T4驱动4个5V的小继电器替代J1～J4实现不同的J1～J4组合。在制作时，也考虑使用过双向模拟开关集成电路CD4066模拟J1～J4部分，但由于模拟开关本身固有的电阻有时会造成输出电压的不确定，所以还是采用继电器比较合适。

时钟脉冲信号和记数信号控制由IC1（CD4093）完成。IC1内部含有4个2输入端施密特触发器（N1～N4）。

其中，N3、N4组成时钟脉冲信号产生电路。图4.35左侧为用施密特触发器构成的自激多谐振荡器。CD4093的一个输入端通过电阻R与输出端相连，另一个输入端作为选通控制端。当选通控制端为高电平（1）状态时，电容C经过电阻R充电，UA逐渐上升，一旦达到UT+（正向阈值电压），施密特触发器输出变为低电平（0）状态，电容C通过R放电，当UA电压降低至UT-（负向阈值电压）时，输出又变为高电平（1）状态，如此往复形成振荡。

这种振荡器的范围较宽，频率为：

式中，50kΩ≤R≤1MΩ；100pF≤C≤1μF。振荡波形如图4.35右侧所示。

记数信号控制由IC1的N1、N2及按钮开关S1、S2组成。为方便分析，图4.36给出了此部分的电路原理。当N1、N2没有被按下时，N1的输入端1、2脚均为高电平（1），输出端3脚为低电平（0），经N2反相，N2的4脚输出高电平（1）。由前面的分析可知，此时的IC2处于记数禁止状态，没有记数输出。若任意按下S1或S2中的一个，由于此时的N1必有一个输入端为低电平（0），N1的3脚就会变成高电平（1），N2的4脚输出低电平（0），解除IC2的记数禁止，使得由N3、N4组成的时钟脉冲可以进入IC2进行记数。至于IC2是递增还是递减记数，由IC2的10脚电平决定。

当按下S1时，首先IC2的5脚变为低电平（0），解除IC2的记数禁止，同时由于IC2的10脚为高电平（1），使IC2开始以递增的形式记数。

当按下S2时，同样IC2的5脚变为低电平（0），解除IC2的记数禁止，同时由于此时IC2的10脚为低电平（0），使IC2开始以递减的形式记数。

分别按下S1或S2可实现输出电压可调。

4.13.3　电压输出显示部分

电压输出显示部分很简单，由IC4完成，如图4.37所示。IC4是一个能将二进制输入信号转换成十进制输出的集成电路，二进制数据输入端与IC2的Q0～Q3相连，输出部分通过16个LED指示灯分别表示各级的电压，以方便判断，并读出输出电压。