多功能课程设计说明书

1、哈尔滨华德学院课程设计用纸 设计题目： 多功能视力保护器 系 别： 电子与信息工程学院 班 级： 1201511 学生姓名： 李 成 指导教师： 姜 桥 成 绩：_ 2014 年 3月28日课 程 设 计 任 务 书课程设计题目多功能视力保护器功能技术指标主要功能： 具有光强保护、光弱保护和阅读超时保护三种功能。技术指标：1、环境光线过强（阳光下），红指示灯亮并发出报警声。 2、环境光线过弱，（临近傍晚），黄指示灯亮并发出报警声。3、正常光照下，绿指示灯亮，但如果超过定时时间（30分钟，可以扩展为数显），发出警报声。为验收方便，可以调至10秒延时。工作量3周工作计划2014年3月10日 开题2

2、014年3月11日3月12日 设计电路2014年3月13日 选购元器件2014年3月13日 组装电路2014年3月13日3月20日 调试电路2014年3月21日 验收电路2014年3月22日3月25日 撰写说明书，上交指导教师处2014年3月27日 绘制图纸，准备答辩2014年 3月 28日 答辩指导教师评语 指导教师签字： 2014年 3 月28 日目录第1章 绪论1 1.1课题背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2设计要求11.3设计功能1第2章

3、电路设计分析22.1电路原理框图2LED只有3个，是光强、光弱和正常三种显示，没有定时和距离显示功能2.2 主要IC芯片介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.2.1 CD4070. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.2.2 CD4011. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2.3 CD4001. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42. 3 电路总体工作原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4第3章 单元电路设计.53.1光线检测与指示电路的设计.53.2 定时器

5、电路的设计. 63.3报警控制电路的设计.7 3.4 报警器电路的设计. 8第4章 整机电路的工作原理9 4. 1 整机电路原理图. 9 4. 2 整机工作原理.10第5章 电路的组装与调试11总结12收获和体会13致谢14参考文献15附录 元件清单.1617第1章 绪论1.1 课题背景据国家统计局最近的一项调查显示，目前我国学生视力低下的状况令人担忧。小学近视比例为34%-61%，初中为68%，重点高中为90%左右，在校大学生视力合格者更少。而在高考体检中由于自身缺陷原因被限考的学生当中有74%为近视。据卫生部、教育部联合调查，目前我国学生近视发病率居世界第二，人数居世界之首。全国近视及眼疾

6、患者近3亿人，已经成为全社会关注的公共卫生和社会问题。在这种情况下，亟须开发一种多功能视力保护器。通过创造健康的读写环境和科学方式，避免因长期读写而导致的近视、驼背、脊柱侧弯、斜视、颈椎病等疾病的发生和发展，用非医药的手段，防范和解除因不良读写习惯，避免给人们身体带来伤害。1.2设计要求 利用IC芯片设计一款具有光强、光弱保护和阅读超时保护等三种功能的视力保护器。1.3设计功能1、环境光线过强（阳光下），红指示灯亮并发出报警声。 2、环境光线过弱，（临近傍晚），黄指示灯亮并发出报警声。3、正常光照下，绿指示灯亮，但如果超过定时时间（30分钟，可以扩展为数显），发出警报声。为验收方便，可调至10

7、秒延时。第2章 电路设计分析2.1电路原理框图图2-0电路原结构框图LED只有3个，是光强、光弱和正常三种显示，没有定时和距离显示功能2. 2 主要IC芯片介绍2.2.1 CD4070CD4070是CMOS四2输入端的异或门。其真值表如表2-1所示。表2-1 CD4070真值表A B Y0 0 00 1 11 0 11 1 0该框功能没有针对性，不具体没有距检测功能离CD4070包括四个相互独立的异或门电路，具有异或功能。其引脚图如图2-1所示。 图2-1 CD 4070 引脚图2.2.2 CD4011CD4011是CMOS四2输入端的与非门。其真值表如表2-2所示。表2-2 CD4011真值

8、表 XYQ001011101110  CD4011包括四个相互独立的与非门电路，具有与非功能其引脚图如图2-2所示 图2-2 CD4011 引脚图2.2.3 CD4001CD4001是CMOS四2输入端的或非门。其真值表如表2-3所示。表2-1 CD4001真值表A B Y0 0 10 1 01 0 01 1 0 CD4001包括四个相互独立的或非门电路，具有或非功能其引脚图如图2-2所示这节不要，将下面的内容填到第3章对应的章节中 图2-3 CD 4001 引脚图2. 3 电路总体工作原理 与非门D6、D7与R3、CZ组成键控式多谐振荡器，作为光强、光弱和定时报

9、警声发生电路。当光线处于正常光照时，D4输出低电平，振药器不起振。当发生光照异常或到达定时后，D4输出高电平，触发多谐振荡器起振，通过D8缓冲放大后，由压电陶瓷片B（FT-27）发出报警声。或非门D9, D10组成单稳态触发器，单稳态暂稳时间由R2, C1的数值决定。电路处于稳定状态时，因D10的输人端通过R2接电源，为高电平，输出端为低电平。该低电平反馈至D9的一个输人端，由于另一输人端由R1下拉为低电平，使D9输出高电平，即C1两端均为高电平。D10输出的低电平经D11反相为高电平后加至或非门D12的一个输人端。当需要设置定时时，按下SB使D9的一个输人端为高电平，输出端变为低电平，该低电

10、平通过C1传至D10的输人端，使D10输出高电平。该高电平一方面反馈至D9的一个输入端，使D9的输出保持低电平。另一方面通过D11反相为低电平加至D12的一个输人端。第3章 单元电路设计3.1 光线检测与指示电路的设计这部分放到3.1中。图3-1光测与显示电路图 异或门电路D1、D2和D3以及VLl、VL2和VL3分别组成光强、光弱和光线正常的测光与指示电路。其中D1与光敏电阻器RL及VL1为光强检测与指示电路。异或门D1的一个输人端接固定的高电平，另一个输人端接至RL1与RP1的分压点。当光线过强时，RL1的阻值变小使它与RP1的分压点的电压升高，从而使D1的两个输人端均为高电平，输出端为低

11、电平，VLl发红光。 异或门D2与光敏电阻RL2、RP2及VL2组成光弱检测与指示电路。异或门D2的一个输人端接固定的低电平，另一个输人端接至RL2与R.P2的分压点。当光线过弱时，RL2的电阻值变大，使它与RI-2的分压点的电压降低，从而使D2的两个输出端均为低电平。根据异或门两输人端电位相同，输出为低电平的逻辑关系，D2输出为低电平，这时，VL2发黄光。 异或门D3与VL3组成光线正常的检测与指示电路，D3的2个输人端分别接至D1与D2的输出端。光线正常时，这2个输出端均为高电平，使D3的输出端为低电平，VU发绿光。3.2 定时器电路的设计图3-2定时器电路图或非门D9, D10组成单稳态

12、触发器，单稳态暂稳时间由R2, C1的数值决定。电路处于稳定状态时，因D10的输人端通过R2接电源，为高电平，输出端为低电平。该低电平反馈至D9的一个输人端，由于另一输人端由R1下拉为低电平，使D9输出高电平，即C1两端均为高电平。D10输出的低电平经D11反相为高电平后加至或非门D12的一个输人端。 当需要设置定时时，按下SB使D9的一个输人端为高电平，输出端变为低电平，该低电平通过C1传至D10的输人端，使D10输出高电平。该高电平一方面反馈至D9的一个输入端，使D9的输出保持低电平。另一方面通过D11反相为低电平加至D12的一个输人端。 当单稳态触发器进人稳定状态后，电源通过R2向CI充

13、电，充电时间即为触发器的暂稳时间。按如图所示的R2与C1数值，暂稳时间约30min，这个时间也就是电路的定时时间。3.3 报警控制电路的设计图3-3报警控制电路图当单稳态触发器进人稳定状态后，电源通过R2向CI充电，充电时间即为触发器的暂稳时间。按如图所示的R2与C1数值，暂稳时间约30min，这个时间也就是电路的定时时间。3.4 报警器电路的设计图3-4报警电路图D5、D12与D4组成报警声发生电路的控制电路，当光照正常且单稳态触发器处于定时暂稳态时，D1、D2的输出端均为高电平，D5的输出端为低电平，此时Dll输出为低电平。D12输出高电平，使D4输出低电平，多谐振荡器不起振。当光照异常时

14、，D1、D2中总有一个输出为低电平，使D5输出高电平，D12的输入端为一高一低，输出端输出低电平，异或门D4输出高电平将报警声振荡电路启动，使其发出报警声。第4章 整机电路的工作原理 LED只有3个，是光强、光弱和正常三种显示，没有定时和距离显示功能4. 1 整机电路原理图图4-1整机电路原理图4. 2 整机工作原理当光线过强时，RU的阻值变小使它与RP1的分压点的电压升高，从而使D1的两个输人端均为高电平，输出端为低电平，VLl发红光。 当光线过弱时，RL2的电阻值变大，使它与RI-2的分压点的电压降低，从而使D2的两个输出端均为低电平。根据异或门两输人端电位相同，输出为低电平的逻辑关系，D

15、2输出为低电平，这时，VL2发黄光。 异或门D3与VL3组成光线正常的检测与指示电路，D3的2个输人端分别接至D1与D2的输出端。光线正常时，这2个输出端均为高电平，使D3的输出端为低电平，VU发绿光。 与非门D6、D7与R3、CZ组成键控式多谐振荡器，作为光强、光弱和定时报警声发生电路。当光线处于正常光照时，D4输出低电平，振药器不起振。当发生光照异常或到达定时后，D4输出高电平，触发多谐振荡器起振，通过D8缓冲放大后，由压电陶瓷片B（FT-27）发出报警声。 第5章 电路的组装与调试 元件正确焊接后，即可通电调试。把保护器放在光线较弱处，调节RP2，使VL2发光且报警器响。再把报警器放在光

16、线较强处，调节RP1，使VL1发光且报警器响。最后将保护器移至光线正常处，此时VL3应亮且报警器不响。假如其他发光二极管也亮，则微调RP1或RP2，使只有VD1亮，这样反复调几次就可以了。调试好后把导线拆除，使定时器工作。如觉得定时器的时间太长或太短，可改变C1、R2的数值。时间t的计算公式为0.69×R2·C1。总结在此次课程设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来。按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我

17、们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。通过此次电路设计，我们加深对课本知识的认识理解和明白各种电路的调试。在设计中具有如何有效的提高视力保护的作用。通过实践证明该视力保护器可行且可靠性良好，使用方便。本文期望通过该电子硬件的制作和理论的研究，能为后期进一步设计多功能视力保护器并采取合理措施提高视力保护的有效性提供可靠和有效的数据源和信息依据。 设计过程中通过网上的搜集资料，以及老师的细心指导完成了设计及论文，使的设计进一步的完善，在老师的指导下改进设计过程中的不足。设计由于对材料等方面的不了解，使得设计时运用不熟练，设

18、计方面有待进一步提高，希望老师同学们能够多提出宝贵意见。收获和体会1在本次课程设计中，我对CD4070、CD4001、cd4011等芯片加深了了解，和巩固了对它们的使用，对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。2. 必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会出设计成果的喜悦。理论知识总是要用于实践中才得以升华，我们应该更多的参与实践，以增强我们对电子专业的兴趣。同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基础。3课程设计促进了我系人才培养计划的完善和课程设置的调整。近年来，我系为适应生的实践需要陆续增设与调整了

19、一系列课程，受到同学的欢迎，其中这次的设计很受学们的喜欢。课程设计达到了专业学习的预期目的。在两个星期的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对电路板制作流程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。致谢本次课程设计，从开始的选题到最后的调试，虽然我们有众多的不足，但是我们的指导老师姜老师一直细心的为我们讲解和调试，并且以多种方式为我们讲解了原理和应用，首先我们感谢的事我们的指导老师姜老师。并且花费了老师的大量时间和精力，最后我们还是没有完成好老师给我们的任务，对已老师，我们既是感到感谢，也是对老师的一种愧疚。然后要感谢的就是我们的组员，团结一致，各自分工，没有一个