课设报告.docx
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课设报告
自动化工程学院
模拟电子课程设计（报告）
学生姓名：
陈松燕班级：
测控071
学号：
0707250102
设计题目：
1.三角波、方波振荡器制作与调试
2.红黄绿三色交通灯模拟器制作与调试
3．触摸式延时熄灭灯的制作
同组姓名：
朱忠旭、丁玉、任丽婷、朱明伟、张玉泽
指导教师：
2009-9-7
目录
1．三角波、方波振荡器制作与调试...............................1
1.1设计任务........................................................1
1.2总体设计方案....................................................1
1.3系统分析与设计..................................................1
1.3.1主要器件简介...............................1
1.3.2电路工作原理....................................6
1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单..............................6
1.4.1三角波、方波振荡器总电路图................................6
1.4.2元器件清单...............................................7
1.4.3仪器仪表清单.............................................7
1.5系统安装、调试与参数测量........................................7
1.6改进意见与收获体会..............................................8
1.6.1改进意见.................................................8
1.6.2收获体会.................................................8
2．红绿黄三色交通灯模拟器制作与调试.........................9
2.1设计任务........................................................9
2.2总体设计方案....................................................9
2.3系统分析与设计..................................................9
2.3.1有关器件简介……………………………………………………………9
2.3.2电路工作原理…………………………………………………………11
2.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单...............................11
2.4.1红绿黄三色交通灯模拟器制作与调试总电路图.................11
2.4.2元器件清单...............................................12
2.4.3仪器仪表清单........................................12
2.5系统安装、调试与参数测量........................................12
2.6改进意见与收获体会.............................................13
2.6.1改进意见...............................................13
2.6.2收获体会................................................13
3.触摸式延时熄灭灯的制作.....................................14
3.1设计任务.......................................................14
3.2总体设计方案...................................................14
3.3系统分析与设计................................................14
3.3.1主要元件简介.........................................14
3.3.2电路工作原理.........................................16
3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单..............................16
3.4.1触摸式延时熄灭灯总电路图................................16
3.4.2元器件清单...............................................17
3.4.3仪器仪表清单.............................................17
3.5系统安装、调试与参数测量........................................17
3.6改进意见与收获体会.............................................17
3.6.1改进意见.................................................17
3.6.2收获体会.................................................17
3.7参考文献........................................................18
第1章三角波、方波振荡器制作与调试
1.1设计任务
设计一个三角波、方波振荡器，并制作和调试。
1.2总体设计方案
该电路同时自激振荡产生一个三角波和一个方波，它自动启动并且没有锁死的问题。
IC1是一个集成块，由反相输入积分比例运算电路构成，其压摆率由CT和RT决定。
IC2是一个施密特触发器；IC1的输出电平在施密特触发器的磁滞电平之间斜升和下降，它的输出驱动另一个集成电路，通过改变RT可使工作频率在100～1范围内变化，只需三个电阻，一个电容和一只双运放，就能做成一个频率从0.1HZ到100KHZ的三角波和方波振荡器。
其工作原理图如1所示。
图1三角波、方波振荡器制作与调试工作原理图
1.3系统分析与设计
1.3.1主要器件简介
741运算放大器
IC1、IC2放大器都是741放大器。
741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相向与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压讯号，经放大后由输出端输出。
放大器作动时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由±12Vdc至±18Vdc不等，而一般使用±15Vdc的电压。
741运算放大器的外型与接脚配置分别如图2、3所示。
图2.741运算放大器外型图
图3.741放大器输出入脚位图
741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压＋Vdc与－Vdc，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，唯Op放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压＋Vdc或小于负电源电压－Vdc，输入电压差经放大后若大于外接电源电压＋Vdc至－Vdc之范围，其值会等于＋Vdc或－Vdc，故一般运算放大器输出电压均具有如图5之特性曲线，输出电压于到达＋Vdc和－Vdc后会呈现饱和现象。
图4.放大器输出入电压关系图
施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。
门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。
施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。
在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。
正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。
它是一种阈值开关电路，具有突变输入——输出特性的门电路。
这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。
利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。
输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。
当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的.
从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。
当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。
无论出现上述的那一种情况，都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。
只要施密特触发器的vt+和vt-设置得合适，均能受到满意的整形效果。
我们利用施密特触发器将三角波变成方波，如图5所示。
图5施密特波形图
1.3.2电路工作原理
如图1所示，该电路是由积分运算电路（输出电压为三角波信号）和施密特出发迟滞特性的比较电路（输出电压为对称的方波信号）组成，具有在没有输入的情况下就能产生一个三角波和一个方波的功能。
第一个741和CT、RT组成一个简单的反相输入积分比例运算电路，具有选频放大功能，其频率由CT和RT的值决定。
第二个741和47K欧姆的电阻组成一个正反馈的比较器电路，将它们首尾相接组成该电路，该电路采用自激振荡，由于电路中存在噪音信号，噪音信号引起电路电量波动，虽然很微弱，但它们有多频谱的特征，即在噪音中含有各次正弦谐波分量。
这些谐波分量出现在放大电路的输入端，经过运算放大电路741的放大到达输出端，由于反馈网络的存在，又把输出信号送回到电路的输入端。
又由于RT引入的反馈是正反馈，微弱的噪音就会不断放大，使得在电路的输出端出现了具有一定幅值的电信号。
1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单
1.4.1三角波、方波振荡器总电路图
图6三角波、方波振荡器总电路图
1.4.2元器件清单
元器件名称
具体说明（大小、型号等）
个数
运算放大器
741
2
电阻
47千欧
1
15千欧
1
电容
100微法
1
1.4.3仪器仪表清单
仪器仪表名称
个数
电路板
1
万用表
1
电烙铁
1
焊芯
1
电工钳
1
导线
若干
1.5系统安装、调试与参数测量
（1）根据设计好的电路图在电路板上排布好接点；
（2）准备好材料；
（3）根据排布好的接点焊接电线；
（4）接入电源、示波器，观察结果是否符合要求。
测试结果：
电路接好后，第一的741的输出端6处接示波器，显示出三角波，第二个741的输出端6处接示波器，输出方波。
1.6改进意见与收获体会
1.6.1改进意见
可将电阻RT和电容CT改成可变的电阻与电容，这样就可以得到多组不同幅值的三角波-方波。
1.6.2收获体会
在完成振荡器的制作中，让我各个方面都有所提高，在查找资料时，自学到积分运算电路、施密特触发器以及它的一些功能，还可以与模拟电子的课上知识相结合，比如自激振荡，使我对这门课有了更深的体会；在动手方面，我通过使用电烙铁、焊芯、电线、钳子等工具，锻炼了自己的动手能力，使我对这门课更加感兴趣；在书写报告中，我从分析原理、理解过程中有了更深的领悟，同时按照要求的格式，也使我对课程设计报告有了大致的了解等等。
第2章红绿黄三色交通灯模拟器制作与调试
2.1设计任务
设计一组红绿黄三色交通灯模拟器，并制作与调试
2.2总体设计方案
用它可以模拟十字路口的交通灯。
通常红绿黄灯的变化是在红灯和绿灯变化中间加上一段黄灯，一般这个黄灯持续的时间比较短；本电路采用红、绿、黄3种发光二极管，工作时可模拟十字路口交通灯“红、黄、绿、黄－红、黄、绿、黄－……..”的规律循环变化；其中红灯持续30秒，黄灯持续10秒，绿灯持续50秒。
为了达到这个结果，4017的计数脉冲的周期为10秒，在4017分配器的输出端经过或门电路的组合，红灯由3个连续的输出端通过或门驱动，绿灯由5个连续的输出端通过或门驱动，从而得到3种颜色的灯光既能按照指定的顺序发光，又能满足每一种颜色灯光要求的发光时间。
其工作原理图如图5所示。
图5红绿黄三色交通灯模拟器制作与调试工作原理图
2.3系统分析与设计
2.3.1有关器件简介
4017十进制加法计数分配器：
4017引脚图
十进制计数／分频器4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。
每输入10个计数脉冲，O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
CD4017输出高电平的顺序分别是⑶、⑵、⑷、⑺、⑽、⑴、⑸、⑹、⑼、⑾脚，故⑶、⑵、⑷脚的高电平使红灯发光30秒，⑺脚的高电平使黄灯发光10秒，⑽、⑴、⑸、⑹、⑼脚使绿灯发光50秒，⑾脚再次使黄灯发光10秒，从而可模拟十字路口交通灯“红、黄、绿、黄－红、黄、绿、黄－……..”的规律循环变化。
4069反相器：
4069是由6个非门构成，与少许外围R、C等元件可组成多谐振荡器。
通电后能自行产生矩形波脉冲，如下图所示，为4069的引脚图：
1输入2输出，其它类似3和4，5和6，8和9，10和11，12和13，7是VSS.14是VCC.
发光二极管：
发光二极管简称为LED。
由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
2.3.2电路工作原理
此电路是由4069反相器和4017十进制加法计数分配器组成，该电路接通电源后，多谐振荡器自行产生矩形波脉冲，由4069的输出端6脚将脉冲传给4017的时钟输入端CP，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0-Q9依次出现与时钟同步的高电平，使4017的计数脉冲的周期为10S,则将按红灯30秒，黄灯10秒，绿灯50秒，黄灯10秒，红-黄-绿-黄………的规律循环变化。
2.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单
2.4.1红绿黄三色交通灯模拟器总电路图
图6红绿黄三色交通灯模拟器制作与调试的总电路图
2.4.2元器件清单
元器件名称
具体说明（大小、型号等）
个数
反相器
4069
1
加法计数分配器
4017
1
电阻
1M
1
电容
4.7微法
1
二极管
10
发光二极管
3
2.4.3仪器仪表清单
4.5V直流电源、开关等。
2.5系统安装、调试与参数测量
2.6改进意见与收获体会
2.6.1改进意见
我们可以用石英晶体多谐振荡器代替4069构成的多谐振荡器，这样就使得时钟脉冲频率更加稳定。
2.6.2收获体会
有了上一个制作的基础，我们组在做第二个题目时觉得就比较得心应手了。
在焊电路时，我们事先查好了4069、4017的引脚功能，对照电路图进行接线。
对于普通二极管和发光二极管的接线过程中，我学会了如何辨别它们的正负极以及如何检验发光二极管的好坏，同时还注意到了焊芯的使用，以免使用过多导致几个焊点接在一起短路的现象，收获颇多。
第3章触摸式延时熄灭灯的制作
3.1设计任务
设计一个触摸式延时熄灭灯
3.2总体设计方案
触摸式延时熄灭灯，平时将灯放于床头，夜里需要照明时，只要触摸灯具外壳的金属片，小灯就会发光，4分钟后又自动熄灭，为人们的生活提供便利。
220V交流电经C1降压，V1、V2构成全波整流电路，C2滤波，型号7805的三端稳压管，输出电压为+5V，NE555与外围元件一起组成单稳定时电路。
夜里需要照明时，触摸一下金属片M，人体感应的杂波信号正半周使三级管VT导通，灯泡H发光照明。
NE555的3脚输出高电平后，直流电源通过R4向C4充电，经过一段时间，NE555的6脚变为高电位使电路复位，3脚变为低电平使V3截止，灯泡H熄灭。
按图1数据，每触摸一次M，灯泡H发光约4分钟自动熄灭。
其工作原理图如图6所示。
图6触摸式延时熄灭灯的制作的工作原理图
3.3系统分析与设计
3.3.1主要元件简介：
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。
下图是NE555的图片。
图7NE555
NE555的特点有：
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
NE555引脚位配置说明如下：
图8NE555接脚图
Pin1（接地）-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。
Pin2（触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。
Pin3（输出）-当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的最大输出电流大约200mA。
Pin4（重置）-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。
它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin5（控制）-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin6（重置锁定）-Pin6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。
Pin7（放电）-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin8（Vcc+）-这是555个计时器IC的正电源电压端。
供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。
3.3.2电路工作原理:
该电路是由电容降压滤波整流电路、NE555触发定时器和控制器组成，具有触摸控制灯亮的功能。
220V交流电经C1降压，V1、V2整流，C2滤波，7805三端稳压管得到5V的直流电源，NE555和VT、R3、R4和C4组成单稳定时电路，定时时间TW=1.1R4C4当触摸金属片M时，人体感应电信号经R2加至VT的基极，使VT导通，触发NE555，使NE555输出端（3脚）输出高电平，触发导通晶闸管MAC97A6,电灯亮。
经过一段时间后，NE555的6脚变为高电位3脚变为低电位，电路复位灯泡H熄灭。
每触摸一次金属片，灯泡发光T=1.1R4C4=1.1*2.1M*100UF=231S,大约4min.
3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单
3.4.1触摸式延时熄灭灯总电路图
图9触摸式延时熄灭灯的制作的总电路图
3.4.2元器件清单
9013BJT、7805三端稳压管、二极管、NE555、MAC97A6、红色灯泡、电容、电阻等。
3.4.3仪器仪表清单
220V火线、零线。
3.5系统安装、调试与参数测量
3.6改进意见与收获体会
3.6.1改进意见
3.6.2收获体会
最后一个题目看起来挺复杂的，但是有了前面的基础，我们做的很细心，一步一步按图接线，注意了很多问题，比如正负极的问题、接地的问题、触摸端的问题、串并联的问题等等。
当然此次模电课设的最大体会就是让自己知道了目前自己学习的知识非常的有用，而是对自己将来的工作学习会有很大的帮助，使我们有了更多的学习动力，从而也端正了自己今后的学习态度。
特别是今后的专业课的学习中要加强对自己学习的知识与实践结合起来的能力，这样不但会提高自己的学习效率，而且能提高自己实践的能力，使得自己在进入社会后能更加早的适应社会。
总之，这次模拟电子课设我从中受益匪浅，将理论应用到实践上，让我对电子设计有了充分的体会，相信在以后的学习中，我能运用的更加得心应手。
3.7参考文献
【1】韩学军《模拟电子技术基础》北京：
中国电力出版社。
2009.1
【2】王义军《数字电子技术基础》北京：
中国电力出版社。
2008.5
【3】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：
厦门大学出版社。
2006.10
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