模拟电子技术课程设计说明书.doc

课 程 设 计 说 明 书学生姓名:王沛勤学 号：2011307010131学 院:自动化工程学院班 级:自动111题 目:1 电压（I/V）转换器的制作与调试2电流（V/I）转换器的制作与调试3声控式音乐彩灯控制器的制作与调试 指导教师：田海军 高经伍 张茂川 王恭 黄俊峰 2013年12月26日目录第1章 交替闪光器的制作与调试11.1 设计任务11.2 总体设计方案11.3系统分析与设计21.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单31.5电路安装、调试与参数测量51.6改进意见与收获体会5第2章 电子触摸控制器的制作与调试72.1 设计任务72.2 总体设计方案72.3系统分析与设计72.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单102.5系统安装、调试与参数测量112.6改进意见与收获体会11第3章 八路电子抢答器的制作123.1 设计任务123.2 总体设计方案123.3系统分析与设计123.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单153.5系统安装、调试与参数测量173.6改进意见与收获体会1719第1章 交替闪光器的制作与调试1.1 设计任务1. 要求闪光灯电路图（由两只发光二极管交替闪亮发光的电路）2. 分析电路的工作原理。说明交替闪光的频率与电路中的哪些器件有关。3. 完成交替闪光器制作及调试。1.2 总体设计方案图1.2.1 交替闪光灯电路图图是以555电路为核心的闪光电路，当其正常工作时，发光二极管VDl和VD2将轮流交替闪烁。电路原理：电路起振后，电路555的3脚电位高低不断变化，当3脚为高电平时，VD2失电不发光，VD1通电发光；当3脚为低电平时，VD2通电发光，VD1失电不发光。所以，两只发光二极管将轮流闪烁发光。1.3系统分析与设计1.3.1 由555定时器构成的多谐振荡器555定时器内部结构的简化原理图如图1.3.1（1）所示。它由三个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电BJT T以及缓冲器G3组成。图1.3.1 555定时器内部结构简化原理图多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。1.3.2 555的工作原理图1.3.2 555的引脚图1.接地 2.触发 3.输出 4.复位 5.控制电压 6.门限（阈值） 7.放电 8.电源电压Vcc当给电路通电瞬间，电源正极通过电阻R3和R4给电解电容C1充电，此时C1两端电压由0V往上升，也就是555的2、6脚电压从0V往上升，555定时器在内部结构和外部电容电阻的共同作用下输出如图所示的方波。图1.3.3 555定时器的工作波形1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单1.4.1 总电路图图1.4.1 总电路图1.4.2元器件清单表表1.1 元器件清单元器件名称 具体说明（大小、型号等）个数电阻470欧268千欧12.2千欧1电容10微法1100微法1555无1发光二极管无2 1.4.3 仪器仪表清单表表1.2 仪器仪表清单仪器仪表名称个数电路板1数字式万用表1电烙铁1焊芯1电工钳1导线若干1.5电路安装、调试与参数测量1.5.1系统安装按电路图连接电路。1.5.2系统调试在通电以前我们用万用表检查各器件，电源接线正确。按照闪光器的要求进行操作，检测电路是否满足要求。闪光灯交替发光调试成功。1.5.3系统参数NE555：工作电压(V):5V输出电流(mA):200定时范围:10shours最大工作频率(kHz):5001.6改进意见与收获体会改进意见无。通过本次模拟电子课程设计，使我受益匪浅，不仅理解本设计所涉及的元器件的应用原理，懂得如何在实践中应用，也基本了解设计所需要的能力与知识通过交替闪光器的制作与调试，明白了二极管的发光原理，阳极接高电平，阴极接低电平。理解了555定时器3端口的输出特性输出方波。直流可调稳压电源在实际生活中得到广泛应用，当我们通过努力把理论应用到实践才是自动化实现的重要意义，应着重培养动手能力，学以致用。这次课程设计依靠团队的力量完成，在以后的学习中应培养自己的团队合作能力。 第2章 电子触摸控制器的制作与调试2.1 设计任务制作一个电子触摸控制器，实现延时功能。2.2 总体设计方案图2.2.1电子触摸控制器用手触摸接触板（或者让地线接到555定时器的2端口）触发电路，从而接通电路，电路开始定时，二极管发光持续一段时间。2.3系统分析与设计2.3.1由555定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。电路组成如图2.3.1（1）：图2.3.1 单稳态触发器其中R、C为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点Vc与定时器的阀值输入端（6脚）及输出端Vo（7脚）相连。单稳态触发器输出脉冲宽度tpo=1.1RC。Ri、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号Vi的负脉冲宽度tpi限制在允许的范围内，一般tpi5RiCi，通过微分环节，可使Vi的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度tpo。若输入信号的负脉冲宽度tpi本来就小于tpo，则微分环节可省略。 定时器复位输入端（4脚）接高电平，控制输入端Vm通过0.01uF接地，定时器输出端Vo（3脚）作为单稳态触发器的单稳信号输出端。工作原理：当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。输入Vi由于Ri的存在而为高电平Vcc。此时，若定时器原始状态为0，则集电极输出（7脚）导通接地，使电容C放电、Vc=0，即输入6脚的信号低于2/3Vcc，此时定时器维持0不变。若定时器原始状态为1，则集电极输出（7脚）对地断开，Vcc经R向C充电，使Vc电位升高，待Vc值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。结论：单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析，触发翻转阶段：输入负脉冲Vi到来时，下降沿经RiCi微分环节在Vi端产生下跳负向尖脉冲，其值低于负向阀值（1/3Vcc）。由于稳态时Vc低于正向阀值（2/3Vcc），固定时器翻转为1，输出Vo为高电平，集电极输出对地断开，此时单稳态触发器进入暂稳状态。暂态维持阶段：由于集电极开路输出端（7脚）对地断开，Vcc通过R向C充电，Vc按指数规律上升并趋向于Vcc。从暂稳态开始到Vc值到达正向阀值（2/3Vcc）之前的这段时间就是暂态维持时间tpo 。返回恢复阶段：当C充电使Vc值高于正向阀值(2/3Vcc）时，由于Vi端负向尖脉冲已消失 ，Vi值高于负向阀值（1/3Vcc），定时器翻转为0，输出低电平，集电极输出端（7脚）对地导通，暂态阶段结束。C通过7脚放电，使Vc值低于正向阀值（2/3Vcc），使单稳态触发器恢复稳态。利用单稳态触发器的特性可以实现脉冲整形，脉冲定时等功能。2.3.2电阻型驱动电阻型驱动器利用电阻这样的简单分立器件，限制LED串电流，是一种经济的LED驱动方案。在低电流LED应用中，电阻型驱动器尽管成本较低且结构简单，但这种驱动器在低电压条件下，正向电流较低，会导致LED亮度不足，且在负载突降等瞬态条件下，LED可能受损。2.3.3 电路原理电路基本是一个NE555单稳电路，主要的差别是触发方法不同。当需要开灯时，用手触碰一下金属片P，人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，电灯点亮。定时长短由R1、C1决定。NE555的触发输入端由22M的电阻偏置到高电平，所以当接触板被触摸时，平时由于触摸片P端无感应电压，电容C1通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。 当需要开灯时，用手触碰一下金属片P，人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过R1给C1充电，这就是定时的开始。 当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚道通使C1放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束。 定时长短由R1、C1决定：T1=1.1R1*C1。按图中所标数值，定时时间约为4秒。D1可选用1N4148或1N4001。集成电路IC1是一片555定时电路，在这里接成单稳态电路。平时由于触摸片P端无感应电压，电容C1通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。 如果在引脚3与地之间接入一个继电器以代替发光二极管LED和电阻，就能实现一个开关功能。2.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单2.4.1总电路图图2.4.1电子触摸控制器总电路图2.4.2 仪器仪表清单表表2.1 仪器仪表清单515伏直流电压源1电烙铁1电路板1数字式万用表12.4.3元器件清单表表2.2元器件清单元件种类数目22M电阻14.7M电阻1150电阻10.01uF电容10.1uF电容1发光二极管1Ne5551导线若干2.5系统安装、调试与参数测量2.5.1系统安装：根据电路图焊接好电路，确保电路连通。2.5.2系统调试：将电源的正负极接好后，用手去触碰触摸板，灯亮了以后持续约56秒后熄灭。2.5.3参数测量：触碰触摸板，发现二极管持续发光大约5秒后熄灭。2.6改进意见与收获体会通过这次制作与调试，让我更好的了解了555定时器的作用，明白了单稳态的具体含义，555定时器功能强大与电容电阻外接能实现很多功能。从方案的选择，再到设计与实现。这个过程中我学习到了很多课本上没有的东西，通过此次课程设计我学习到了要提前做好准备工作，把各种原件的功能弄清楚，以及如何扩展，只有把这些真正搞懂之后才能顺利完成设计。还要学会团队合作，不懂请教。有时候遇到一些自己不能解决的问题，这时我们应虚心向同学请教，只有这样才能更好的解决问题。第3章 八路电子抢答器的制作3.1 设计任务设计并制作一个数字电子式的八路抢答器。3.2 总体设计方案基本功能： （1） 设计一个八路抢答器抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛， 能显示07的数字。（2） 第9个端口具有清零作用。 （3） 具有锁存功能。当有第一个选手率先抢答成功以后，其他信号再次输入时无效，数码管上显示当前的数字。3.3系统分析与设计3.3.1 总体设计该电路采用5个数字集成电路，其中74LS373为D锁存器，74LS30为8输入的与非门。比赛时，J0，J1J7由参赛选手控制，J8由主持人控制。当任意一个选手抢先按下按钮时，7430的输出将跳变为低电平，这个低电平使74LS373处于锁存状态，它的输出Q0,Q1.Q7被锁存，随即编码器进行编码。74LS147为10线到4线的编码器，输入端为低电平有效，输出为反码。Cd4511为译码器，输入BCD码时经译码后使数码管显示数字0，19。为了使译码后数码管能显示数字，该电路将译码器的D端输入接74LS373的锁存控制输入端，数字被锁存时，该端为低电平，数码管为正常显示数字；允许数据输入时，74LS373的11脚为高电平，经过译码后数码管不显示，这样正好满足了电路的要求。数码管为共阴7段数码管。一轮抢答结束，由主持人按动清除按钮J8，对D锁存器进行解锁。3.3.2锁存器(74LS373)74ls373工作原理简述:当有第一个信号输入时，锁存器不再允许其他信号输入。 锁存端LE 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到LE 端再次有效。 当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0Q7输出，OE为高电平时，输出悬空。3.3.3编码器（74LS147）74ls47是一个10线-4线优先编码器(BCD输出) 简要说明: 147为10线-4线优先编码器,共有54/7414754/74LS147两种线路结构tpd PD CT54147/CT74147 10ns 230mW CT54LS147/CT74LS147 15ns 60mW 147将9条数据线(1-9)进行4线BCD编码,即对最高位数据线进行译码.当1-9电平时,编码输出(ABCD)为十进 需单设/IN0输入端. 引出端符号: 1-9 编码输入端(低电平有效) ABCD 编码输出端(低电平有效)3.3.4共阴极七段数码管共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。3.3.5译码器（CD4511）七段显示器译码器/译码器IC CD4511 是一组用来作为BCD 对共阴极LED 七段显示器译码的包装。其引脚图如图1，真值表图2所示，其各脚功能如下：LT：做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出abcdefg=1111111，使七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。当LT=1，则正常解码。BI：空白输入控制，当BI=0 (LT 为1 时)则不论DCBA 之输入为何，其输出abcdefg皆为0，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。LE：数据栓锁致能控制；在CD4511 中，不但具译码功能，更具有数据栓锁的记忆功能。当LE=0 时(LT=1 且 BI=1)，DCBA 数据会被送入IC 的缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1 时，则IC 中的暂存器会关闭，仅保存原来在LE=0 时的DCBA数据供译码器译码。换句话说当LE=1 时，不论DCBA 的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出abcdefg 仍保留原来在LE 由0 转为1 以前的资料。 图3.3.1 IC CD45111 引脚功能图 图3.3.2 CD4511真值表3.3.6控制电路(74LS00和74LS30)74LS00：引出端符号1A4A，1B4B 输入端 1Y4Y 输出端 图3.3.3逻辑图双列直插封装极限值电源电压.7V输入电压54/7400、54/74H00、54/74S00.5.5V54/74LS007VAB 间电压 除 54/74LS00 外5.5V74LS30： 图3.3.4 74LS30的引脚图及真值表3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单3.4.1总电路图图3.4.1 8路抢答器总电路图3.4.2元器件清单表3.1