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1、压力缓解器毕业论文综述南京机电职业技术学院毕 业 设 计（ 论 文）题目：系部姓名工作压力缓解器电路电子工程系 专业熊冬雷 学号电子信息技术G1110305指导教师： 张林2014 年 4 月 26 日南京机电职业技术学院工作压力缓解器摘要本文介绍的工 压力缓解器电路，利用数字电路与模拟电路，可制成一种可调试 闪光频率眼罩，戴上该眼罩后，其内部的发光二极管会以一定频 率在眼前闪烁，能够刺激大脑进人对应的意识状态。适当调节发 光二极管的闪烁频率，可以使大脑神经松弛，缓解工作疲劳和紧 张的情绪。2南京机电职业技术学院摘要 .2 目录 .3 第一章 绪论 . 41.1 工作压力的概述 51.2 选题

2、的背景与意义 .51.3 工作压力缓解器发展动态 .61.4 本文的结构 .6第二章 系统方案的设计 72.1 工作压力缓解器的基本结构 .72.1.1 低频震荡器 .82.1.2 高频振荡器 .122.1.3非门 .142.2 工作压力缓解器的设计要求与基本原理 15第三章 工作压力缓解器的芯片 .163.1 CD 4011 型四与非门 163.2 CD4069 型六非门 173.3电位器 .18.19第四章 工作压力缓解器的制作与调试 .194.1 实物焊接南京机电职业技术学院4.2上电调试 .19第五章 总结与展望 .205.1 设计总结与感想 .205.2 设计的不足及工作展望 .20

3、致谢 .21参考文献 .22附录 元器件清单 .23南京机电职业技术学院第一章 绪论1.1 工作压力概述压力是一种动态 情境 。在这种 情境中，个体要面对与自己所期望 的目标相关的机会、 限制及要求， 并且这种动态情境所产生的结果被 认为是重要而又不确定的。压力是个体对各种刺激做出生理、 心理和行为反应的 综合模式 。与压 力相关的几种主要因素是压力源、个体对压力源的认知、紧张状态。亦称“职业应激” (occupational stress), 由工作或与工作直接有关 的因素所造成的应激。例如 , 工作负担过重 (overload) 、变换生产岗 位、时间压力、工作责任过大或改变、 机器 对人

4、要求过高、工作时间 不规律、倒班、工作速度由机器确定、上班过远、工作的自然和社会 环境不良等。研究表明 , 这些因素是工作人员日常生活中最主要的应 激 1.2选题的背景与意义随着我国经济的不断发展， 工作压力的状况日益凸显。 尤其是近几 年，世界经济出现增速减慢或者说停止不前，企业竞争更加激烈，其 对员工的工作要求也越来越严格， 员工的工作压力越来越大。 对此缓 解工作压力成为社会普遍关注的问题了。南京机电职业技术学院有关研究表明， 人的大脑对外界较低的频率刺激有较为敏感的反 应，不同频率波的刺激， 还会产生的意识状态 . 例如，人脑在 1420Hz 的频率刺激下，会感到头脑清醒，思维敏捷，在

5、 713Hz 的频率下， 会精神放松或略有睡意，在 48Hz 的频率刺激下，会产生幻想，在 4Hz以下的会很快进入睡眠 。所以工作压力缓解器电路， 可制成一种可调试闪光频率眼罩， 戴上 该眼罩后， 其内部的发光二极管会以一定频率在眼前闪烁， 能够刺激 大脑对人对应的意识状态。 适当调节发光二极管的闪烁频率， 可以使 大脑神经松弛，缓解工作疲劳与紧张的情绪。1.3工作压力缓解器的发展动态 随着电子技术的发展，尤其是模拟技术与数字技术的发展，因用 模拟技术和数字电路技术能够实现压力缓解器内的信号相互控制、 且 电路简单易制、 可靠性强的优点， 国内外许多的企业都为自己员工配 备类似的缓解器。 这是

6、该类型缓解器市场需求的结果， 也是人性化企 业发展的必然结果，是工作压力大的人们的理想产品。1.4 本文的结构 全文共分六章： 第一章介绍了工作压力的概念、背景 、意义及发展动态； 第二章描述了工作压力缓解器的系统方案的设计要求、结构与原理； 第三章介绍了工作压力缓解器的芯片及其选取； 第四章简单的介绍了实物及调试； 第五章总结了设计的不足、感想及展望； 第六章列举了参考文献南京机电职业技术学院第二章 系统方案设计2.1 工作压力缓解器的基本结构 工作压力缓解器电路由低频振荡盔、高频振荡器和非门电路等 组成低频振荡器（ 控制高频的通断 ）高频振荡器（控制频率的高低）非门（控制 LED的亮灭）L

7、ED2.1.1 低频振荡器1.发生机理 ：低频振荡是由于在特定情况下系统提供的负阻尼作用抵消了系统电机、 励磁绕组和机械等所产生的正阻尼， 在欠阻尼的情况下扰动将逐渐被放大， 从而引起系统功率的振荡。 还有一种比较特殊的欠阻尼情况就是当扰动的频率与系统固有频率相同时， 系统可能产生共振机理的低频振荡。 若系统阻尼为零或者较小， 则由于扰动的南京机电职业技术学院影响，出现不平衡转矩，使得系统的解为一等幅振荡形式，当扰动的 频率和系统固有频率相等或接近时，这一响应就会因共振而被放大， 从而引起共振型的低频振荡。 共振机理的低频振荡归根结底还是由于 系统阻尼不足而引起。 这种低频振荡具有起振快、 起

8、振后保持同步的 等幅振荡和失去振荡源后振荡很快衰减等特点。我们常见的低频振荡器有： RC振荡器、晶体振荡器、 555 振荡器。RC振荡器：采用 RC 选频网络构成的振荡电路称为 RC 振荡电路， 它适用于低频振荡， 一般用于产生 1Hz1MHz 的低频信号。 因为对 于 RC 振荡电路来说， 增大电阻 R 即可降低振荡频率， 而增大电阻是2.工作原理输出电压 uo 经正反馈(兼选频)网络分压后，取 uf? 作为同相比例电路的输入信号 ui。(1) 起振过程(2) 稳定振荡南京机电职业技术学院(3) 振荡频率 振荡频率由相位平衡条件决定。 A= 0 ，仅在 f0处 F = 0 满足相位平衡条件，

9、所以振荡频率 f0= 1/2 RC。 改变 R、C 可改变振荡频率RC 振荡电路的振荡频率一般在 200KHz 以下。 振荡频率的调整4)起振及稳定振荡的条件考虑到起振条件 AuF 1, 一般应选取 RF略大 2R1 。如果这个比值取得过大，会引 起振荡波形严重失真。由运放构成的 RC 串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅， 而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。3.RC 振荡器的作用RC振荡电路用途很广，比如当振捣器时就用作产生波形输出，比如正弦波，三角波等；常用 LC 振荡电路产生的正弦波频率较高，若要产生频率较低的正弦振荡， 势必要求振荡回路要有较大的电感和电容

10、，这样不但元件体积大、笨重、安装不便，而且制造困难、成 本高。因此， 200kHz 以下的正弦振荡电路，一般采用振荡频率较低的 RC振荡电路。南京机电职业技术学院晶体振荡器： 石英谐振器简称为晶振， 它是利用具有压电效应的石英晶 体片制成的。 这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动， 当 交变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时， 振动便变得很强烈， 这就是晶体 谐振特性的反应。（1）谐振频率： 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频 率，即（ 1）当 L、C、R 支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于 R）。 串联揩振频率用 fs 表示，石英晶体对于串联揩振频率

11、fs 呈纯阻性，（ 2）当频 率高于 fs 时 L、C、R 支路呈感性，可与电容 C。发生并联谐振，其并联频率用 fd 表示。 根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗频率特性曲线。可 见当频率低于串联谐振频率 fs 或者频率高于并联揩振频率 fd 时，石英晶体呈容 性。仅在 fs f 时，A2输出为 1；当 CCTLUU31时，A2输出为 0，则使 R-S 触发器 置 1。当 CCTHU32U时 时，A1输出为 0，使 R-S触发 器置 0。5 端为电压控制端，通过外接一个参 考电源，可以改变上、下触发电位10南京机电职业技术学院值，不用时，可通过一个 0.01 F旁路电容接地。 4端为触

12、发 器复位端，不用 时应接高电平。总之， 555 相当于一个可用模拟电压来控制翻转的 R-S触发器。555 电路有无稳态、单稳态和双稳态三种基本工作方式。用这三种方式中 的一种或多种组合起来可以组成各种实用电子电路 （ 用得最多的是前两种方式 ） 。 用 555 定时器组成的多谐振荡器的原理图如图 2-2 所示。 R1、R2、C是外 接元件。当 uc 因 电源接通对 C充电而上升到 CCU3/2 时，比较器 A1输出为低 电平，使 R-S触发器输出置 0，T导通， 电容 C通过 T放电；当 uc 因电容放电 而减小到略低于 CCU3/1 时，比较器 A2输出为低电平，使 R-S 触发器输出置

13、1， T截止，电容 C继续充电直到 uc 略高于 CCU3 /2 时，触发器又翻转到 0，从而 完 成一个周期振荡。其振荡周期可用下式计算： T=0.7 （ R1+2R2）C 用 555定时器组成的单稳触发器的原理如图 2-3 所示。 R、C是外接元件。 ui 输入 为一个 负的触发脉冲信号。负脉冲到来前 ui 为高电平，其值大于 CCU3/ 1，比 较器 A2 输出为 1，R-S 触发 器输出为 0，即处在稳定状态；当负触发脉冲到来 时，因 uiCCU3 1，故 A2输出为 0，R-S触发器 置为 1，T截止， C充电，进入 暂稳期；脉冲结束后， A2输出为 1，但 uC继续上升，直至略高于

14、 CCU3/ 2 时， 故 A1输出为 0，使 R-S触发器置为 0，暂稳期结束进入稳态， C通过 T放电。此 触发器由一窄脉冲触发，可得到一宽的矩形脉冲， 其脉冲宽度为： tP=RC ln3 1.1RC11南京机电职业技术学院2.1.2高频振荡器 振荡器是一种不需要外加输入信号，而能够自己产生输出信号的电路。产 生无线电载波信号的高频振荡器属于正弦波振荡器。 正弦波振荡器由放大电路和 反馈电路两部分组成， 反馈电路将放大电路输出电压的一部分正反馈到放大电路 的输入端，周而复始即形成振荡， 如图 1 所示。高频振荡器有变压器耦合振荡器、 电感三点式振荡器、电容三点式振荡器等多种电路形式。1.变

15、压器耦合振荡器变压器耦合振荡器电路如图 2 所示，变压器 T包括振荡线圈 L2和反馈线圈 L1， L2与 C2组成 LC并联谐振回路，作为晶体管 VT的集电极负载， L1接在 VT基极 VT与 LC并联谐振回路构成选频放大器，只有频率 f fo 的信号得到放大，并经 变压器 T 正反馈至基极，形成振荡，振荡频率 fo1/ （2L2C2），正弦波信号 经 C4 耦合输出。变压器耦合振荡器的特点是容易起振，输出电压较大，但最高 振荡频率较低。2.电感三点式振荡器所谓三点式振荡器，是指晶体管的 3个电极直接与振荡回路的 3 个端点相连接而 构成的振荡器，如图 4 所示12南京机电职业技术学院3.电容

16、三点式振荡器 电容三点式振荡器电路如图 5 所示，L、C3、C4为构成振荡回路的 3 个电抗，由 于振荡回路的 3 个电抗中有两个是电容，所以叫做电容三点式振荡器。电容三点式振荡器中， C3上的输出电压 Uo同时加在 L、C4支路上，由于电感上 电流滞后电压 90，所以支路电流 I 比 Uo滞后 90。而 I 流过电容 C4 所产生 的反馈电压 U又比 I 滞后 90，即与输出电压 Uo 反相（相差 180）而与输 入电压 Ui 同相，实现了正反馈，电路实现振荡。电容三点式振荡器的特点是振 荡输出电压波形好，振荡频率较稳定，但不易起振，波段频率范围较窄。13南京机电职业技术学院2.1.3非门非

17、门（英文： NOT gate ）又称反相器，是 逻辑电路 的基本单元，非门有一个输入和一个输出端。逻辑符号中输出端的圆圈代表反相的意思。当其输入端为高电平（逻辑 1）时输出端为低电平（逻辑 0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。也就是说，输入端和输出 端的电平状态总是反相的。（ 1） 基本信息与逻辑符号逻辑表达式 ：真值表：非门是基本的逻辑门，因此在 TTL 和 CMOS 集成电路 中都是可以使用的。 标准的 集成电路 有 74X04 和 CD4049 。2.2工作压力缓解器的设计要求与基本原理设计本课题时构思的方案：该工作压力缓解器电路由低频振荡盔、高频振荡器和非门电路等组成，如图 6-

18、134 所示14南京机电职业技术学院电路中， 低频振荡器由与非门集成电路 D1、D2和有关外围元件组成， 其工作频率为 2一 20Hz；高频振荡器由 D3、D4和有关外围元件组成， 其工作频率为 1 kHz。 低频振荡器的输出端（ D2的 4脚）接高频振 荡器的一个输人端（ D3的 8 脚），用低频信号来控制高频振荡器的 通与断。 D4的 11脚输出的 1 kHz 高频信号经非门集成电路 IC2 内部 的 DS缓冲处理后， 再送人各级非门电路（ D6 D10），通过各非门 电路来驱动发光二极管 VL1 一 VLS（装在眼罩内）发光。调节电位器 的阻值， 可以使低频振荡器的频率在之间变化， 从

19、而改变发光二极管的闪烁频率达到不同效果， 改善人大脑的工作状态 和休息状态 . 频率高些时候，人大脑清醒，思维敏捷，工作效率高， 当人需要休息时，将频率调低，人精神放松，神经松弛，略有睡意， 使人能够很好的休息 。15南京机电职业技术学院第三章 工作压力缓解器的芯片3.1 CD4011（ 四与非门 ）CD4011 是由四个 2 输入与非门组成的单片 CMOS 集成电路。该与非门有 相等的电流源和电流沉电流能力（驱动能力），并且符合 B 类标准门的输出驱 动。该器件同样有缓冲输出， 通过提供很高的增益来改善传输特性。 所有输入端 都有接至电源和地的防静电泄漏二极管加以保护。封装形式： DIP14

20、特征输出缓冲；输出对称性；3V10V 15V 宽的工作电压范围；在 CL=50pF,VDD=10V 情况下，传输延时 60ns （典型）； 在整个温度范围内，当电源电压为 18V 时，最大输入电流为 1 微安它具有通用性强、用途广、电源电压范围宽、微功耗的特点。广泛地用在自动控制诸多领域，用它可组成各种逻辑部件。16南京机电职业技术学院3.2CD4069（ 六非门 ）1、概 述 CD4069是常规的 6 路反相器器每一路反相器都是相对独立的。 其正常 工作时 VDD接电源， VSS通常接地， VDD范围为 3V到15V。没有使用的输入端必 须接电源 地或者其他输入端。 CD4069具有较宽的温

21、度使用范围 -40 到 125。其主要特点如下 全静态工作 提供较宽电压范围 3V 到 15V 标 准对称输出特性 提供较宽温度使用范围 -40 125 封装形式 DIP14/SOP14。2、功能框图及引脚说明17南京机电职业技术学院CD4069为 CMOS数字集成电路，是一种高输入阻抗器件，容易受外界干扰造成逻 辑混乱或出现感应静电而击穿场效应管的栅极。 虽然器件内部输入端设置了保护 电路，但它们吸收瞬变能量有限， 过大的瞬变信号和过高的静电电压将使保护电 路失去作用，因此， CD4069中未使用的非门 F4、F5、F6的输入端9 、11 、 13 脚均接到 Vss 接地端，以作保护3.3电

22、位器电位器是一种可调的电子 元件 。它是由一个电阻体和一个转动或 滑动系统 组成。当电阻体 的两个固定触点之间外加一个电压时， 通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置， 在 动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作 分压 器，这时电位器是一个四端 元件 。电位器基本上就是 滑动变阻器 ，有几种样式，一般用在 音 箱音量开关和激光头 功率大小调节电位器是一种可调的 电子元件 。18南京机电职业技术学院第四章 工作压力缓解器的制作与调试4.1 实物焊接根据上面的设计，正确选择好器件，画好元器件布线图 .按照布线图的顺序和要求插接元件 . 集成芯片，电阻，电容安

23、装全部采用卧式安装；发光二极管可以采用卧式，也可以采用立式。4.2调试在调试过程中，采用边安装边调试，以便及时发现问题并给予解决 . 脉冲发生器部分原件插接好后，接通电源，在集成芯片 CD4011的引脚 4，用示波器观察低频振荡器输出的信号，并测量信号的19南京机电职业技术学院第五章 总结与展望5.1 设计总结与感想整个设计过程当中，经历很多的挫折和失败，但为了最终获得成功。一直在 不懈努力， 到最后收获真的很大， 在深刻地认识到自己在学习上的薄弱环节的同 时，通过查阅资料和在老师和同学的帮助下以及理论分析与实践的反复进行和论 证后许多问题都基本能迎刃而解， 最终基本达到了设计目的。 实践巩固

24、了理论知 识的学习， 提高了实际应用所学知识的能力， 还积累了许多宝贵的经验。 特别是 老师严谨治学的态度给我启发不小。 在这次的设计实践过程中， 我认识到不管做 什么事，尤其是科学实践，都需要大胆假设，小心求证。任何一个方案都要经过 详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做出来，但经不起推敲和考验。 对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此。本次设计我熟悉了 CD4011 CD4019芯片的功能及工作特性，掌握其接口扩展方法。通过对频率路径的分析 了解了几种振荡器， 对信号的转换、 传输有了更深的认识。 以及对元器件进行选 型比较，得出各种型号的优劣比。5.2 设计的不足及工作展望电子电路

25、的设计中对各种影响因素的考虑不够完全， 比如在没有振荡情况的处理中未作防 范措施。系统设计不够优化，有待改善。 例如系统没有电源电路不能直接用于家用电网，还 要用电池供电不够环保，有待提高。20南京机电职业技术学院致谢历时半载， 从论文选题到搜集资料， 从开题报告、 写初稿到反复修改， 期间经历了喜悦、 聒噪、 痛苦和彷徨， 在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今， 伴随着这篇毕业论文的最 终成稿，复杂的心情烟消云散， 自己甚至还有一点成就感。在此要感谢的人实在太多， 首先 我要感谢我的指导老师张林老师因为论文是在张老师的悉心关怀和精心指导下完成的。 张老 师渊博的专业知识， 严谨的治学态度，

26、精益求精的工作作风， 诲人不倦的高尚师德，严以律 己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深深。 在此次毕业设计 的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改， 后期论文格式调整等 每一步都是在张老师的悉心指导下完成的。 张老师指引我的论文的写作的方向和架构， 并对 本论文初稿进行逐字批阅， 指正出其中误谬之处， 使我有了思考的方向， 他循循善诱的教导 和不拘一格的思路给了我无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、 学习中的榜样。 最后，我要感谢大学生活，以及我身边同学门的鼓励和帮助，你们是我永远 也不能忘记的朋友，你们的支持与情感，是我永

27、远的财富。21南京机电职业技术学院参考文献【1】郝万新，电路基础【 M】，大连：大连理工大学出版社， 20005【 2】丁学恭，电工基础【 M】，北京：北京理工大学出版社， 2008【 3】周孔章，电路原理【 M】，北京：高等教育出版社， 2003【4】韦鸿，电子技术基础【 M】, 北京：电子工业出版社， 2007【5】刘守义，数字电子技术 【M】，西安：西安电子科技大学出版社， 2003【 9】梅开乡，数字逻辑电路【 M】，北京：电子工业出版社， 20006【10】卢庆林，数字电子技术基础实验与综合实训【 M】，北京：高等教 育出版社， 2004【11】沈任元，吴勇，模拟电子基础【 M】，北

28、京：机械工业出版社， 2000【12】郑应光，模拟电子线路，【 M】，南京：东南大学出版社， 2005【13】胡宴如，模拟电子技术，【 M】，北京：高等教育出版社， 2004【14】高如云，通信电子线路（第 2 版）【 M】，西安：西安电子科技大学 出版社， 2002【15】钟书，刘守义，高频电子线路【 M】，西安：西安电子科技大学出版 社，200716】周绍平，万琰，高频电子技术（第 2版）【 M】，大连：大连理工大22南京机电职业技术学院学出版社， 2009元器件清单CD4011四与非门CD4069六非门C10.82uC80.022uR110 欧姆R220kR3100kR420kR520kR6,R7,R8,R8.R9,R10470RP（电位器）0到 1M发光二极管5个23