数字电子技术基础课程设计报告-楼道声光控制照明灯设计论文.doc

吉林工程技术师范学院数字电子技术基础课程设计报告设计题目：楼道声光控制照明灯设计论文目录第1章：绪论第2章：系统整体设计第3章：硬件电路设计与焊接第4章：电路调试与检测第5章：总结与展望第1章 绪论电子技术信息电子技术、电力电子技术；信息电子技术模拟电子技术和数字电子技术目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件信息电子技术主要用于信息处理，电子信息工程技术是当前发展最迅猛的高新技术领域之一，在国民经济和国防建设中具有非常重要的作用，是世界各发达国家中久经不衰的热门专业之一。在未来十年，我国集成电路产业发展将进入一个关键时期，从国际、国内市场来看，我国集成电路产业市场前景广阔。电子信息产品、通信、数字家庭、多媒体设备等新的市场以及传统产业改造升级，都给集成电路产业带来新的市场空间。而芯片业的竞争，在本质上就是人才的竞争。ic业的竞争也从资源与价格之争转为人才与资本之争。 电子信息工程专业对人才的社会需求进行了综合分析，结合行业发展情况和技能型人才需求预测，通过对目标岗位群与职业能力的分析，确定人才培养的目标，围绕“以岗位为目标、以技能为本位、以素质为基础”的人才培养要求，构建本专业的理论与实践教学体系。 本专业主干课程包括：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、c语言程序设计据库eda技术及其应用、数字电路、高频电路等。这里我们主要就非正弦信号产生电路作以深入了解。在自动化、电子、通信等领域中，经常需要进行性能测试和信息的传送等，这些都离不开一些非正弦信号。常见非正弦信号产生电路有方波、三角波、锯齿波产生电路等。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。第2章：系统整体设计21 设计要求此次课设要求设计一个能产生方波和三角波的信号发生器电路，产生的方波信号频率110hz,可调，幅度+5v、-5v；产生的三角波信号频率110hz,可调，幅度+8v、-8v，并用led管显示频率的变化22 方案论证选择2.2.1. 积分器可以将方波转换成三角波；比较器可以将三角波转换成方波，因此将两者串联起来后，构成闭合回路，就可以产生三角波和方波。 2.2.2. 三角波经低通滤波器滤波后就可得到正弦信号改变积分器的时间常数就可以得到正弦波和锯齿波。 2.2. 3 .由于比较器的工作需要直流稳压源供电，因此还需设计一个直流稳压源.2.2.4 具体方案方案一采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。 方案二采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（vco）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率 相信都很难控制。方案三:用同相输入迟滞比较器和积分器两部分组成,运放为ua741。2.2.5 根据实际需要决定在面包板上采用方案三的电路设计。2.3 设计中用到的各电路原理介绍2.3.1. 单门限电压比较器通过对单门限电压比较器的学习，我们认识到单门限电压比较器虽然有电路简单灵敏度高的特点，但其抗干扰能力差。如图所示的单门限电压比较器及传输特性曲线由于在vi=vt=vref附近出现干扰。vo将时而为voh，时而为vol，导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压vo去控制电机，将出现频繁的起停电现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。2.3.2 迟滞比较器顾名思义，迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。如下图所示电路的具有迟滞比较器。输出电压uo通过r2接到同相输入端，构成正反馈。1）当uo=+uom时， 2）当u- 时，uo将由+uom跳变到-uom，。 。3）当ui减少，使u-时，uo将再次由-uom跳变到+uom。其传输特性曲线如上图b所示.由以上分析可知，迟滞比较器有两个不同的门限电压， 称为上限门限电压，用uth1表示；把称为下限门限电压，用uth2表示，它们的差值称为门限宽度又称回差电压或迟滞宽度（hystersis voltage），用uth表示，即uth =uth2-uth1。4) 迟滞比较器的特点：有两个不同的门限电压；只要门限宽度大于干扰电压的变化幅度，就能有效的抑制干扰信号；uth越大，比较器抗干扰能力越强，但分辩率越差。迟滞比较器常用来组成整形、波形产生等电路。单限比较器、迟滞比较器，uref和ui的电压可由任意端输入，其工作过程和输入输出特性与上述比较器类似。 2.3.3. 方波产生电路1) 用滞回比较器构成的方波产生电路如下图所示。两个稳压管的作用是将输出电压钳位在某个特定的电压值，它的指导思想是利用电容两端的电压作比较，来决定电容是充电还是放电。图中r和c为定时元件，构成积分电路。由于方波包含极丰富的谐波，因此方波产生电路又称为多谐振荡器。还可利用压控方波产生电路来获取方波。通常将输出信号频率与输入控制电压成正比的波形产生电路称为压控振荡器，它的应用也十分广泛。若用直流电压作为控制电压，压控振荡器可制成频率调节十分方便的信号源；若用正弦波电压作为控制电压，压控振荡器就成了调频波振荡器；当振荡受锯齿波电压控制时，它就成了扫频振荡器。2) 简单的方波发生器电路及工作波形如图所示。 此电路实际上是一个迟滞电压比较器和一个rc充放电回路构成的负反馈网络组成。由于迟滞电压比较器的门限电压随着输出电压的变化而变化，而负反馈信号取之电容c上，故由电容c加在反相输入端的输入信号落后于同相端的门限电压的变化，只有当输入电压达到门限电压后，输出状态翻转，电路进入另一个暂稳态，如此循环不已，在输出端得到了周期性的方波信号。其振荡频率为：可见，方波频率不仅与负反馈回路参数有关，还与正反馈回路的电阻、的比值有关。图中和双向稳压管起到限制输出电压幅值的作用。2.3.4 .锯齿波产生电路 积分电路可将方波变换为线性度很高的三角波，如图所示通常积分器产生的三角波幅值随方波输入信号的频率变化。正是为了克服这一缺点，才将积分电路的输出送给迟滞比较器的输入，再将它输出的方波送给积分电路的输入，从而得到质量较高的三角波。锯齿波与三角波的区别是：三角波的上升和下降的斜率（指绝对值）相等，而锯齿波的上升和下降的斜率不相等(通常相差很多)。锯齿波常用在示波器的扫描电路或数字电压表中。 如果有意识地使c的充电和放电时间常数造成显著的差别，则在电容两端的电压波形就是锯齿波。图所示是利用一个滞回比较器和一个反相积分器组成频率可调节的锯齿波发生电路2.3.5 积分电路积分电路如图所示，属于反相放大，反相输入端为虚地。 流过电容c的电流和电容c两端的电压分别为 i2=i1 vo=-vc 输出电压 式中， 是t0时刻输出电压(电容c上的电压)值，即初始值。上式表明，输出电压vo为输入电压vs对时间的积分运算，负号表示它们的相位相反。2.5.6 ua741介绍1) 外型图说明:ua741通用高增益运算放大器,早些年最常用的运放之一，应 用非常广泛，双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压22v,差分电压30v,输入电压18v,允许功耗500mw.其管脚与o（超低失调精密运放）完全一样，可以代换的其他运放有ua741,ua709,lm301,lm308, lf356,op07，op37,max427等说明一下ua741 通用放大器,性能不是很好,但满足一般需求 . 2) ua741内部工作原理图2.5.7 .半导体发光二极管工作原理、特性及应用1) led发光原理发光二极管是由-族化合物，如gaas（砷化镓）、gap（磷化镓）、gaasp（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是pn结。因此它具有一般p-n结的i-n特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由n区注入p区，空穴由p区注入n区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光假设发光是在p区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在*近pn结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关，即1240/eg（mm）式中eg的单位为电子伏特（ev）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的eg应在3.261.63ev之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。2） led的特性 允许功耗pm:允许加于led两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，led发热、损坏; 最大正向直流电流ifm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管; 最大反向电压vrm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏; 工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。第3章：硬件电路设计3.1 .设计电路原理图根据以上对各个电路元件的功能，原理的分析，以及三角波发生器设计电路的要求可设计电路如图所示3.2 .电路参数的计算3.2.1 .稳压管限流阻值的计算1) 电路图如图所示2) 具体计算过程 vl=vz，由于负载所消耗的功率pl=vlil，所以负载电流的最大值ilmax=pl（max）/vl。选取限流电阻的r时，必须保证稳压管工作在反向击穿状态。r太大可能使iz太小，无法使稳压管反向击穿；r太小可能使iz太大，烧毁稳压管。所以，在保证稳压管可靠击穿情况下，尽可能选较大的r阻值。根据电路，可得到限流电阻r的关系式r3=（vi-vz）/（iz+il）考虑到最坏的情况，即当输入电压最小vi=vi（min），使负载电流最大il（max），r3的最大值必须保证稳压管中的电流大于iz（max），即（vi-vz）/r（max）-il（max）iz（min）一般稳压管的iz（min）为几毫安到几十毫安，比izt略小。根据电路所给的元件，稳压管型号为2cw52，其稳压电压为3.24.5v，稳压电流iz为10ma,最大稳定电流为55ma，耗散功率为pm=0.25mpl=vl2/r4=25/330*330=0.0002,il(max)=.0002/5=0.04ma所以r（max）(12-5)/(10+0.04)ma=388考虑到实际操作中二极管的影响,其限流电阻阻值采用1k.3.2.2 电路中各阻值比例计算 v01=+vz=+5v v0=vi=vt=(-r1/r2)vo1;vo/vo1=-r1/r2=8/5 根据所给的元件值,选择r1=510,r2=330 3.2.3 电路工作原理文字说明第4章：电路调试与检测第5章：总结与展望通过对函数信号发生器的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可