课程设计报告10958.docx
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课程设计报告10958
模拟与数字电子技术
课程设计报告
设计课题：
台灯自动开关盒
出租车里程计价器
专业班级：
电气工程及其自动化1002班
学生姓名：
张文晓
指导教师：
王枫陈秀宏
设计时间：
2012.12.24-2013.1.7
模电部分
台灯自动开关盒
1、设计任务与要求
任务：
设计并制作一个“台灯自动开关盒”
要求：
1）它有两根交流电源输入线和一个交流电源输出插座，后者可插接额定电压为220V，功耗不超过60W的台灯。
2）它有两个传感器，即：
①一个光敏元件（光敏管或光电池）。
可将它安在开关盒上恰当的位置。
②一个对人体敏感的传感器，它可以是台灯的金属灯罩。
如果灯罩是非金属制器，则可粘贴铝箔或铁皮等作为传感器。
3）自动开关盒做好后，将台灯（220V，不超过60W）的电源插头插入开关盒的交流电源输出插痤，便可实现以下功能：
①在晚上，当没有光源照射到光敏元件上时，若有人靠近台灯，它便自动接通电源发光。
人离开台灯后，它能自动断开电源。
②在白天有足够的光线（以适合阅读为标准）照射到光敏元件上时，无论是否有人靠近台灯，它都不会亮。
2、方案设计与论证
此开关盒的作用是：
当晚上来临时，有人（或提高温度的物体）经过时，通过开关盒连接的台灯亮，人（或提高温度的物体）离开时，台灯灭；白天时，无论有没有人，台灯都不亮。
方案、光温感应式
结构图：
人（热量信号）
光信号
图一
图中有三个核心部分：
（1）温度感应器，其作用是将感觉到的温度信号的强弱转化为电阻的大小，并实时的告知控制元件；
（2）光敏控制器，其作用是将感觉到的光信号的强弱转化为电阻的大小，并实时的告知控制元件；
（3）控制单元，其作用是根据台灯周围的光线和是否有人靠近来控制台灯的亮与灭。
三、单元电路设计与参数计算
1、电源部分：
由电容C1、C2、C3、C4，电阻R1、R2，二极管D1、D2、D3、D4，三端稳压器7809组成。
使用C1、C2和C3将交流220V电压降至10V左右，经二极管D1、D2、D3、D4构成的单相桥式整流和电容C4滤波后，由三端稳压器输出稳定的9V直流电压。
电容C5用于抑制稳压器可能产生的自激，电阻R1、R2为泄放电阻，作用是停电以后，释放C1、C2和C3中储存的电荷。
电路图如下
2、感应部分：
A、温度感应器：
有人来时温度升高，热敏电阻阻值降低。
温控电路图
B、光敏感应器：
光敏电阻感知光线的强度，它的的阻值随光线强弱的变化而变化，光强时阻值变小，光弱时阻值变大。
3、控制部分：
由555定时器，三极管T2，晶闸管2N6145，电阻R5、R6、R7，电容C6共同组成。
555的1、2、3、4、6、8端分别为接地端、低电平触发、输出、复位端、高电平触发端、电源端。
为了防止光线在一定的范围内发生微小的变化而使得台灯时阴时暗，在555的2端（低电平触发端）接一个三极管T2，以锁定台灯的工作状态。
4、总原理图级元器件清单
1、总原理图（附图）
工作原理：
当光线不够强，且有人靠近的时候，热敏电阻检测到人活动信号，由于阻值的变化将生成一个低电平加在T1管的基极，三极管T1截止，从而使得T1的集电极处于高电平，555定时器开始工作。
当光线比较弱时，光敏电阻阻值较大，此时光敏电阻与R4的分压点的电压低于1/3*VCC，555定时器的输出端（附图中555的第3端）输出高电平，使得晶闸管导通，台灯点亮。
同时这个高电平通过R6加在了三极管T2的基极，使T2管导通，T2管的集电极则处于低电平，从而锁定此种工作。
当人离开后台灯一定距离时，热敏电阻由于阻值变化将生成一个高电平加在T1管的基电极，三极管T1截止，从而使得T1的集电极处于低电平，555定时器不工作，即使光线暗灯也不会亮。
当光线比较强时，光敏电阻的阻值就比较小，光敏电阻与R5的分压点的电压高于2/3*VCC，555电路的输出端输出低电平，则双向晶闸管截止，此时，即使有人靠近灯也不会亮。
注：
555定时器
6引脚-阈值输入vi12引脚-触发输入vi24引脚-复位端RD
3引脚-输出v0
当RD=1定时器运行时，
vi1=vi2（在此设计图中）＜1/3*VCC···········v0=1即输出高电平
vi1=vi2（在此设计图中）＞1/3*VCC···········v0=0即输出低电平
当RD=0定时器不工作。
2、元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
C1
Capaci-
-tance
0.36uF
1
C2
0.36uF
1
C3
4.7uF
1
C4
100uF
1
C5
0.1uF
1
C6
0.1uF
1
R1
Resis-
-tance
1KΩ
1
R2
1KΩ
1
R3
2.1KΩ
1
R4
10KΩ
1
R5
1KΩ
1
R6
10KΩ
1
R7
10KΩ
1
RT
NTC
Rc>100Ω
1
T↑,R↓
RL
LXD
陶瓷基板直径3mm
1
FWB
CASE312-02
3N251
1
U1
CASE221A
MC7809CT
1
U2
M08A
LM555CM
1
T1
TO-39
2N1711
1
T2
TO-39
2N1711
1
TRIAC
CASE311-02
2N6145
1
五、性能测试与分析
六、结论与心得
在这次课程实际中实，我在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟。
在此过程中，我们查阅找了大量的资料，请教老师以及不懈的努力不仅培养了独立思考的能力并在各中其他方面上也有所提高。
更重要的是：
在这里我们学会了很多学习的方法。
而这是日后中实用，真是受益匪浅。
要面对社会的挑战只有不断的学习、实践、在学习、在实践。
并且还学会了团队合作精神，组员之间相互帮助，相互讨论一起努力一起奋斗。
深深体会了团队合作的重要性，我和搭档在这两周相互帮助，相互讨论，一起努力，一起奋斗，尽管才短短的两个星期时间，但是我学到很多东西，对我以后的学习，生活都有非常大的帮助！
尽管才短短的一个星期时间，但是我学到了以上这些东西，对我以后的学习、生活都有非常大的帮助。
让我懂得了仅仅学习知识，掌握知识是远远不够的，还要懂得如何把所学到的东西进行运用而且要运用。
七、参考文献
[1]康华光.模拟电子技术基础[M].第五版.北京：
高等教育出版社,2006.101-140.485-504.
[2]康华光.数电电子技术基础[M].第五版.北京：
高等教育出版社,2006.414-424.
[3]陈光明施金鸿桂金莲.电子技术课程设计与综合实训[M].北京：
北京航空航天大学出版社,
2007.1-29.54-57.
[4]张国云.电子技术基础实验教程[M].长沙：
中南大学出版社,2006.136-141.
[5]杨志忠.电子技术课程设计[M].北京：
机械工业出版社,2008.1-16.
[6]朱雪璇.一种简易台灯自动开关盒[J].新余高专学报，2004,9（5）：
35-36.
数电部分
智力竞赛抢答器
1、设计任务与要求
任务：
设计一个电子抢答器决定最先给出控制信号的答题人
要求：
1、通道数4个，输入用开关键表示，输出用数码管指示；
2、只对最先给出控制信号的通道做出反应，显示对应的数字；
3、设置复位开关，可使电路恢复到初始状态。
2、方案设计与论证
构成框图
输入信号
方案一、脉冲产生器使用门电路组成的多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器，它不需要输入触发信号，接通电源后就可自动输出矩形脉冲。
由于矩形脉冲中含有丰富的谐波分量，因此，常将矩形脉冲产生电路称为多谐振荡器。
门电路构成的多谐振荡器一般由CMOS或TTL反相器和定时元件R、C构成。
方案二、脉冲产生器使用施密特触发器构成的多谐振荡器
施密特触发器有两个稳定状态，当外触发信号上升到施密特电路的正向阀值电压UT+时，电路从初始稳态翻转到另一稳定状态，并且稳定状态需要外触发电平来维持，一旦外触发电平幅度下降到负向阀值电压UT-以后，电路立即返回到初始稳定状态。
利用这个特性并加入RC定时元件可组成多谐振荡器。
方案三、脉冲产生器使用555定时器构成的多谐振荡器
将555定时器6端阀值输入和2端触发输入相连，对地接电容C1，对电源接VDD接电阻R1和R2，为C1提供充电回路。
R2为C1放电回路中的电阻，C2起滤波作用，主要用于消除高频干扰，以保证内部比较器阀值电平的稳定，这样便组成了多谐振荡器。
门电路组成的多谐振荡器和施密特触发器构成的多谐振荡器，频率稳定性较差，容易受到电源电压的波动、温度变化和RC参数误差等因素的影响，而555定时器构成的多谐振荡器相对它们来说各方面要稍好一些，所以我选用方案三。
3、单元电路设计与参数计算
1、确定脉冲产生器为555定时器构成的多谐振荡器
电路图如下
由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，2端与6端直接相连。
电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端DC放电，使电路产生振荡。
电容C在2/3Vcc和1/3Vcc间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，波形图如下。
输出信号的时间参数是：
T==0.7（R1+R2）C=0.7R2C其中，为VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，为电容C放电所需的时间。
振荡频率f=1.43/[（R1+2*R2）*C]
=1.43/[（430+2*500）*10]=100Hz
2、触发器部分
此部分按下复位开关，抢答器清零，数码管显示0。
电路图以及74175触发器引脚图与功能表如下
74HC175四D触发器
抢答时，当1~4号任意一个按键最先按下去之后，该元件输出端就给74ls175的相应D触发器的输入端输入一个高电平信号，通过74ls175处理后相应的Q^端输出低电平信号，经与门后1Y端输出低电平，又经第二个与门后2Y端输出低电平，屏蔽了脉冲时钟信号，使得74ls175停止工作，不再接受其它按键的触发。
3、编码器译码器和显示部分
此部分由编码器CD4532和译码器4511以及数码显示其构成。
电路图如下
编码器4532接收来自74175的低电平经由非门转化后的高电平，经过编码后，由Y0、Y1、Y2输出到译码器4511的D2、D1、D0端，然后再由译码器输入到数码显示管使其显示数字。
以下为编码器4532与七段显示译码器4511芯片引脚图与功能表：
优先级编码器CD4532功能表
CD4532引脚图
75HC4511引脚图
4、总原理图及元器件清单
1、总原理图（附图）
工作原理：
管理人员按下复位开关，抢答器清零，数码管显示0，随时可以抢答。
抢答时，当1~4号任意一个按键最先按下去之后，该按键输出端就给74ls175的相应D触发器的输入端输入一个高电平信号，通过74ls175处理后相应的Q^端输出低电平信号，经与门后1Y端输出低电平，又经第二个与门后2Y端输出低电平，屏蔽了脉冲时钟信号，使得74ls175停止工作，锁定其输出，既不接受其它按键的触发，也不会改变输出结果。
同时，74ls175将抢答有效的按键对应触发器Q^端的低电平信号送至编码器453
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