数字触摸开关杨冀湘

1、课程设计(论文)题 目 名 称 数字触摸开关 课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 杨冀湘 学 号 1241201021 系 、专 业 电气工程及其自动化 指 导 教 师 刘祥民 2014年5月27日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业12级电气工程及其自动化1班学生姓名杨冀湘学 号1241201021题目名称数字触摸开关设计时间2014.05.27课程名称 电子技术课程设计课程编号121202306设计地点电气楼、电子实验分室408、409室一、课程设计（论文）目的通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等

2、环节，进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。二、已知技术参数和条件用中小规模集成芯片设计一个数字触摸开关。要求：(1) 设计一个楼道触摸延时开关，其功能是当人用手触摸开关时，照明灯点亮，并持续一段时间后自动熄灭；(2) 开关的延时时间约为4分钟左右；(3) 必须用到至少一个数字芯片。三、 任务和要求1. 按学校规定的格式编写设计论文。2. 论文主要内容有：课题名称。设计任务和要求。方案选择与论证。方案的原理框图，总体电路图、布线图，以及它们的说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和

3、电路参数计算的说明等。用proteus或其它仿真软件对设计电路仿真调试。对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）主编张克农 .数字电子技术. 高教出版社出版.第一版.2006年五、进度安排2014年5月27日-28日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求；2014年5月29日- 5月30日：总体方案设计，方案比较，选定方案的论证及整机电路的工作

4、原理；2014年5月31日-6月1日：单元电路设计，参数计算，元器件选择，电路图；2014年6月2日-3日；整理书写设计说明书2014年6月4日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 杨冀湘 学 号 1241201021 题目名称 数字触摸开关 课程名称 数字电子技术 一、学生自我总结 通过这次电子课程设计，我受益匪浅。这次的课程设计使我明白理论与实际相结合的重要性，因为只有理论知识是远远不够的，需要把所学的理论知识与实践相结合起来，才能做出使用

5、价值相对较高的材料，否则只是纸上谈兵。当然，在设计的过程中我也发现自己存在着很大的不足之处，对课堂所学的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。在刘老师悉心的指导下，我们解决了一个又一个的难题，成功的完成了此次课程设计。感谢老师的指导以及同学的配合。 学生签名： 2014年6月3日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。 摘 要 触摸电子开关以它方便自如的操作

6、方式受到人们的青睐。假若将它与家用电器如台灯、电炊具等配合使用,则更是别具一格。通常的触摸开关往往是由数字集成触发器如D触发器所构成的。然而，555定时器虽然是一种模拟集成电路,但它仍具有RS触发器的功能，尤其是近年来因其廉价而通用的特点使它的应用普及率越来越高。本数字触摸开关以555定时器为核心，接成单稳态电路，当用手接触开关铜片时，即打开继电器接通电源开始定时，灯光打开，时间一到便会自动断开灯光熄灭。目录摘要1 概述11.1 课题背景11.2 主要设计思想11.3 设计研究意义12 硬件电路设计22.1 电路设计原理22.2器件选择23 功能模块53.1单稳态电路接法53.2 由继电器构成

7、的转换器63.3 触发电路64 总体设计及仿真74.1 总体设计、元件清单74.2 仿真84.3 测试结论8总结9致谢9 一、概述1.1课题背景随着计算机技术的普及，在20世纪90年代初，出现了一种新的人机交互作用技术-触摸屏技术。利用这种技术使用者只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。因此，触摸屏技术已成为当前最简便的人机交流的输入设备。智能开关随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关目前，微波感应墙壁开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在

8、性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及家庭走廊等，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时期内，数字触摸延时开关将是首选的主流产品。1.2 主要设计思想一个数字触摸感应延时开关能较好的解决延时照明条件，让灯光在人走后能自动进行关闭，触摸感应器时继电器动作，延时一段时间后，继电器断开，由此控制负载可以上电或断电。1.3 设计研究的意义一是省电，灯泡大部分时间不工作，因此节点效率很高，达80%左右。另外，接线简单，安装方便，是公共场所照明，理想选择，被人们誉为“长明灯的克星

9、”。再者，它体积小、发热量低、寿命长、耗电量小、反应速度快、易控制等众多优点，极大的满足了人们的日常生活需要并且安全，适合在一些公共场所如宾馆等场所的延时照明控制，考虑到价格，管理及安装方便等因素，触摸感应延时开关将是首选的主流产品，所以，对于这一课题的研究是必要的。二、硬件电路设计2.1电路设计基本原理 单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态；暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。电源电路触发电路计时电

10、路负载2.2 器件选择1、555定时器 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现本设计所需的单稳态触发器。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压1/3VCC和2/3VCC。图一是555定时器内部组成框图。它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5K电阻的分压器而构成。图一555定时器内部原理图555定时器的

11、各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 图二 图三555定时器逻辑符号 555定

12、时器管脚图在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表一示。清零端高触发端TH低触发端Qn+1放电管T功能00导通直接清零10导通置011截止置11Qn不变保持表一555定时器逻辑功能表2、继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是一种“自动开关”。在设计中起着转换电路的作用。图四继电器逻辑符号继电器主要产品技术参数 （1）额定工作电压 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。 （2）直流电阻 是指继电

13、器中线圈的直流电阻，可以通过万用表测量。 （3）吸合电流 是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。 （4）释放电流 是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。 （5）触点切换电压和电流 是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。三、功能模块3.1单稳态电路接法（a）

14、单稳态电路 （b）工作波形 接通电源后，未加负脉冲，而C充电，上升，当时，电路输出为低电平，放电管T导通，C快速放电，使 = 0。这样，在加负脉冲前，为低电平，= 0，这是电路的稳态。在t = t0时刻负跳变（端电平小于），而 = 0（TH端电平小于），所以输出翻为高电平，T截止，C充电。按指数规律上升。t = t1时，负脉冲消失。t = t2时上升到（此时TH端电平大于，端电平大于），又自动翻为低电平。在这段时间电路处于暂稳态。t > t2，T导通，C快速放电，电路又恢复到稳态。由分析可得：输出正脉冲宽度 tW = 1.1RC用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，

15、其暂稳态维持时间为Tw=lnRC=1.1RC,仅与电路本身的参数R、C有关。在总体电路电阻、电容的取值下，由公式可得Tw=1.1×1×106×220×10-6=242 s符合设计要求。3.2由继电器构成的转换电路 继电器是一种当输入量（本设计中输入量为电压）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。继电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=m,即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开。我

16、们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。 本设计中应用继电器的输入输出特性来控制负载，达到定时关灯的目的。3.3触发电路 在本设计要求中，触发电路应使用金属片实现，但由于仿真条件限制，故采用Vcc电源模拟人触摸金属片产生的信号。结果与采用金属片相仿。四、总体设计及仿真4.1总体设计平时由于触摸片P端无感应电压，电容C1通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。当需要开灯时，用手触碰一下金属片P，人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过R1给C

17、1充电，这就是定时的开始。当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚道通使C1放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束。元件清单9V电源一个1M电阻一个触摸金属铜片一片220uF极性电容一只1uF无极性电容一只0.01uF无极性电容一只继电器一个1N4001整流二极管一只555定时器一片4.2仿真4.3 测试结论实验结果：在Vcc模拟压力传感器产生的信号后，555定时器产生高电平，继电器闭合，灯泡开始发光，242秒后，555输出低电平，继电器断开，灯泡自动熄灭。 总结 两周的时间眨眼间就过去了，我们通过不断的努力，在规定的时间里完成了老师所安排的任务。然而在开始的时候，我们拿着课题不知如何动手，这也让我认识到自己数电知识的匮乏，同时也知道这是一个很好的机会让我们对数电进行一遍复习，也是一个深入理解的过程，这使我更加了解芯片的功能，而且更加注意细节的重要性。知其然，更要知其所以