数电课程设计音量控制.doc

目录摘要2一 设计任务说明 3二 工作原理，具体工作过程分析 4 1 方框图 4 2具体工作过程分析 5三 单元功能电路的设计 6 1 BCD-七段显示器 6 2 74HC160译码器 7 3 555多谐振荡器 8 4发光二极管 9 5电阻 10 6电容 10 7 74HC42译码器11 8 555单稳态触发器12四 结论 14五 参考文献14 六 附录15 1元器件明细表，备注 15 2 仿真电路 16七 设计总结，心得体会 1321摘要：1 基本内容本设计是在前导验证性认知实验的基础上，进行更高层次的命题设计实验十二级数字音量控制电路，在教师指导下独立查阅资料、设计、特定功能的电子电路。以此培养利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。2 用途本文将介绍一种由数字电路构成音量控制电路的设计方法。这种数字式音量自动控制电路将是未来音量控制发展的主流，将越来越受消费者喜爱。3 特点 在音响设备中通常采用电位器进行音量控制。但经常进行音量控制时，又容易使电位器磨损而出故障而采用数字式音量控制就可以避免模拟调节易受干扰的缺点，而且操作控制更加方便。一 设计任务说明 数字音量控制电路是用于控制和调节扬声器音量的，音量从低到高分为112级，要求如下：1、 音量由一个按钮控制。每按一次为一个音量级别，从0级到11级不断循环；2、 设计相应电路来控制输出音量的大小；3、 选择的音量级别应有LED显示功能；4、 要求将最大音量级和最小音量级分别用持续2s的不同声音提示；5 、各音量级别用其相应的指示灯指示音量大小；6 、要求设计出完整的音频信号放大电路，包括电压放大和功率放大电路；7 分析课题要求，搞清数字音量控制电路的工作原理，拟定总体设计方案，画出系统的组成框图；8 设计完成单元功能电路，包括叙述单元电路工作原理，所用电路器件的选择和必要的参数计算；9 画出十二级数字音量控制电路的设计电路图；10 写出设计说明书。二 工作原理，具体工作过程分析1方框图BCD-七段显示器 提示音 指示灯 译码器 计数器555单稳态触发器（产生脉冲，定时，延迟） 2具体工作过程分析（1）555单稳态触发器产生脉冲，经过开关，驱动74HC160译码器。（2）74HC160译码器分别与74HC42译码器和BCD-七段显示器相连接。（3）74HC42译码器输出为高电平，分别经过或非门和非门产生低电平，使发光二极管发光，并通过4个多谐振荡器使两个蜂鸣器发出声音。（4）每按一次按钮，BCD-七段显示器显示音量级别。三 单元功能电路的设计BCD-七段显示器 工作原理：BD4511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， 与真值表图所示，其各引脚功能如下：电子 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。计算公式大全BI：空白输入控制，当BI=0 (LT为1时) 则不论DA,DC,DB,DA 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BD4511 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。(2)74HC160译码器 工作原理：CLKCLRLOADENPEND功能 0 异步清零 1 0 同步置数 1 1 0 1保持（包括的状态） 1 1 0保持（RCO=0） 1111同步计数（3）555多谐振荡器工作原理： 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。 由555定时器构成的多谐振荡器如图所示，R3，R4，C3 和C4是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）接到R4 的连接处，将放电端（7脚）接到R4的连接处， 由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出端OUT为高电平，放电管VT截止。这时，电 源 经R4，对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（13）上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。 由于放电管VT导通，电容C通过电阻R9和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。下图所示为工作波形。 （4） 发光二极管 工作原理：通过将电压加在LED的PN结两端，使PN结本身形成一个能级（实际上，是一系列的能级），然后电子在这个能级上跃变并产生光子来发光的。（5） 电阻工作原理： 在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。 电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1时电阻值发生变化的百分数。 （6） 电容 工作原理：首先电容器的组成：由两片相互接近并相互绝缘的导体组成。因为有绝缘介质，所以在直流电中看作是绝缘（在击穿电压下）。 在交流电中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的，而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，也就是说在交流电中，电流是通过场的形式在电容器间通过的。 （7）74HC42译码器工作原理： 译码是编码的逆过程，它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。 74HC42为二十进制译码器，具有4个输入端和10个输出端。输入信号采用8421BCD码，二进制数00001001与十进制数09对应。当输入超过这个范围是无效，10个输出端均为高电平。7442电路没有使能端，因此只要输入在规定范围内，就会有一个输出端为低电平。（8）555单稳态触发器工作原理：单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为tw的矩 形 波 。在 单 稳 态 触 发 器 中，输 出 的 脉 冲 宽 度 tw是 暂 稳 态 的 维持 时间，其长短取决于电路的参数值。由555构成的单稳态触发器电路及工作波形如图1所示。图中R，C为外接定时元件，输人的触发信号ui接在低电平触发端（2脚）。稳态时，输出uo为低电平，即无触发器信号（ui为高电平）时，电路处于稳定状态输出低电平。在 ui负脉冲作用下，低电平触发端得到低于（1/3）Vcc，触发信号，输出uo为高电平，放电管VT截止，电 路进入暂稳态，定时开始。 在暂稳态期间，电源VccRC地，对电容充电，充电时间常数TRC，uc按指数规律上升。当电容两端电压uc上升到（2/3）Vcc后，6端为高电平，输出uo变为低电平，放电管VT导通，定时电容C充电结束，即暂稳态结束。电路恢复到稳态uo为低电平的状态。当第二个触发脉冲到来时，又重复上述过程。工作波形图如图所示：四 结论此次设计的十二级数字音量控制器满足课程设计任务书的要求。每按一个音量按钮控制为一个音量级别，从小到大不断循环，并有LED、指示灯指示音量大小，其中最大音量级别和最小音量级别伴随着持续两秒的声音提示。五 参考文献1康华光主编数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社2康华光主编模拟电子技术基础（第五版）高等教育出版社3陈大钦主编电子技术基础实验（第二版）高等教育出版社4王廷才 赵德申主编电工电子技术EDA仿真实验 机械工 业出版社六 附录 1元器件明细表，备注元器件名称 型号 数量BCD-七段显示器 2个译码器 74HC4511 2个译码器 74HC160 2个555单稳态触发器 1个蜂鸣器 2个 发光二极管 12个电阻 9个电源 5V 5个非门 10个或非门 4个与非门 1个开关 1个接地电源 11个电容 12个555多谐振荡器 4个2 仿真电路七 设计总结，心得体会 迎来了考试之后的第一次电子课程设计，好奇的等着老师去教室布置任务，当拿到布置的题目时，不知道如何入手。毕竟课程设计不同于实验，电路图和程序都要自己设计。静下心来，仔细分析题目，再加 上指导老师的说明与提示和同组成员的帮助，心中有些想法。 首先，将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合即可。 用Multisim进行设计，首先应该理解，Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。但是试验中也出现了一些不熟练的操作问题和一些复杂程序的不能完全理解都需要我在平时多学习，进一步的完善自己。在课程设计过程中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人身上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思路，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。 电子技术课程设计是配合电子技术基础课程与实验教学的一个非常重要的教学环节。它不但能巩固我们已所学的电子技术的理论知识，而且能提高我们的电子电路的设计水平，还能加强我们综合分析问题和解决问题的能力，进一步培养我们的实验技能和动手能力，启发我们的创新意识几创新思维。整个课程设计过程我都认真地完成了，对此，我总结了以下几点：第一，自由分组，找到 拥 有 共 同 想 法 的 同 学 。既 加 强 了 我 们 的 动手能力，又让我们学会了团结一致，共同合作才能研究出最好的方案。我们将理论联系实际，在交流中取得进步，从问题中提高自己。 第二，本次课程设计加深了我对Multism技术的进一步深入理解。熟悉了Multism软件的优缺点，为我以后更好地运用Multism奠定了良好的基础。 第三，通过这次课程设计，使我受益颇多。了解到课程实习设计是开端，连接是关键，测试是必须。既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的态度。 对于这两周的课程设计感受颇多。尤其是刚开做的时候可以说是没有什么头绪，甚至连设计软件也没能很好的掌握其使用方法。所以在做的时候也就有些棘手了，但是当自己慢慢的设计出来第一个十二级数字音量控制电路的仿真电路并很好地将其运行的时候，才发现没有想象中的那么复杂，当时心里很高兴。其实话说回来，课程设计的目的就是将课本上基础的和重点的知识很好的运用到了实际中。只要掌握好课本中的基本知识，了解到实验所用器件的功能及作用，就应该能很好的完成这次课程设计。但是在对所需知识掌握的前提下，还要有一定的实践能力，也就是动手能力。例如：1.对于课本上的各个器件的管脚的作用很熟悉，但是对实际的芯片的管脚没法与之对应，很容易对所搭建的电路造成影响使与仿真或理论上得到的结果不相符。2.在连接前一定要规划好芯片的安装位置，否则很容易在连线的过程中出现困难，我的电路就是由于这些问题导致了最后连接开关的时候必须用长一些的导线才能把芯片上相应的引脚与开关相连，而且看上去很是杂乱。3在连接电源是时候，最好再次检查一下电路，我在