双D触发器制作台灯触摸开关

1、目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc23742 摘要 PAGEREF _Toc23742 2 HYPERLINK l _Toc21309 第一章 绪论 PAGEREF _Toc21309 3 HYPERLINK l _Toc2520 PAGEREF _Toc2520 3 HYPERLINK l _Toc15922 PAGEREF _Toc15922 3 HYPERLINK l _Toc25939 PAGEREF _Toc25939 3 HYPERLINK l _Toc32085 第二章 总体方案的设计与选择 PAGEREF _Toc32085 4 HYPERLINK

2、 l _Toc16204 PAGEREF _Toc16204 5 HYPERLINK l _Toc1253 第三章 硬件电路的设计 PAGEREF _Toc1253 7 HYPERLINK l _Toc21841 3.2 CD4013内部引脚 PAGEREF _Toc21841 7 HYPERLINK l _Toc30036 PAGEREF _Toc30036 8 HYPERLINK l _Toc17062 PAGEREF _Toc17062 10 HYPERLINK l _Toc28428 PAGEREF _Toc28428 11 HYPERLINK l _Toc6009 第四章 仿真测试

3、PAGEREF _Toc6009 13 HYPERLINK l _Toc5444 4.1 PROTEUS单片机仿真软件介绍 PAGEREF _Toc5444 13 HYPERLINK l _Toc30429 PROTEUS仿真效果图 PAGEREF _Toc30429 13 HYPERLINK l _Toc16535 参考文献 PAGEREF _Toc16535 15 HYPERLINK l _Toc22921 心得体会 PAGEREF _Toc22921 16摘要本课程设计利用双D触发器制作台灯触摸开关电路。电路设计主要应用了芯片CD4013、二极管、电阻、电容等电路元件构成单键触发台灯电路

4、，工作是按下亲触开关S,灯泡点亮，工作指示灯及发光二极管点亮；再按下轻触开关S，灯泡熄灭；从而构建稳定的电路控制功能。通过实验使大家一方面了解数字电路芯片CD4013的使用方法，另一方面使大家将数字电路和模拟电路的知识运用到实际当中。在完成触摸台灯电路实施过程中提高动手能力。【关键字 】 CD4013 功能 设计第一章 绪论本设计采用双D触发器制作台灯触摸开关电路。通过实验使大家一方面深刻理解数字电路芯片CD4013的使用方法，另一方面使大家将数字电路和模拟电路的知识运用到实际当中。学会运用Altium Designer绘图软件及PROTEUS单片机仿真软件。并且学会在实际中懂得简化电路模型，

5、在完成触摸台灯电路实施过程中提高动手能力。1、要求采用CMOS时基电路为核心器件；2、电灯功率小于100W；3、能够控制台灯的通断。本实验利用双D触发器制作台灯触摸开关电路。CD4013 是一双 D 触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和 Q 及 Q 输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将 Q 输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在 D 输入端的逻辑电平传送到 Q 输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成第二章 总体方案的设计与选择2.1 CMOS时基电路的介绍工业生产中所有控制开关由

6、于开关频繁，工作环境复杂，受多种干扰的影响。因此要求其坚固耐用，操作方便并且拥有很强的抗干扰能力。该电路通过模拟信号输入电路产生并形成触发信号，触发双向晶闸管元件，使被控电路接通或断开。例如下图:由NE555组成的单稳态触发器产生控制脉冲，由CD4013组成的双稳态触发器作触发控制用双向晶闸管作控制开关，通过触摸片实现开关控制。本次使用CD4013一款芯片构成双D触发器。CD4013 是一双 D 触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和 Q 及 Q 输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将 Q 输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时

7、钟上升沿触发时，加在 D 输入端的逻辑电平传送到 Q 输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。可完全取代NE555实现控制要求。如下图所示：工作原理分析：上图是用双D触发器制作的触摸开关。CD4013是双D触发器，分别接成一个单稳态电路和一个双稳态电路。单稳态电路的作用是对触摸信号进行脉冲展宽整形，保证每次触摸动作都可靠。双稳态电路用来驱动晶闸管VS。当人手摸一下M，人体泄漏的交流电在电阻R5上的压降，其正半周信号进入脚CP1端，使单稳态电路翻转进入暂态其输出端Q1即1脚跳变为高电平，此高电平经R3向C2充电，使电位上升，当上升到复位电平时，单稳态电路复位，脚恢复低电

8、平。所以每触摸一次M，脚就输出一个固定宽度的正脉冲。此正脉冲将直接加到11脚CP2端，使双稳态电路翻转一次，其输出端Q2即13脚电平就改变一次。当13脚为高电平时VS开通，电灯EL点亮。这时电容C1两端的电压会跌落到3V左右，发光管VD6熄灭，由于CMOS电路的微功耗特点，所以集成块仍能正常工作。当13脚输出低电平时。VS失去触发电流，当交流电过零时即关断，EL熄灭。这时C1两端电压又恢复到VD5的稳压值12V，VD6发光用来指示开关的位置。由此可见，每触摸一次M，就能实现电灯“开”或“关”，它对外也仅两根引出线，故安装与使用都十分方便。硬件电路的设计3.1 CD4013集成电路的介绍这里介绍

9、的触模式灯开关只用一个触摸电极片，就能完成开灯和关灯。触模式灯开关一样，采用相线进开关的两线制，3.2 CD4013内部引脚CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。巧记法：一个D有6个端子：2个输出，4个控制。4个控制分别是R、S、CP、D。R和S不能同时为高电平。当R为1、S为0时，输出Q一定为0，因此R可称为复位端

10、。当S为1、R为0时，输出Q一定为1。当R、S均为0时，Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，具体是Q=D，即若D为1则Q也为1，若D为0则Q也为0。具体引脚图如下：图如下：如图是用CD4013 制作的触摸开关。CD4013是双D触发器，分别接成一个单稳态电路和一个双稳态电路。 单稳态电路的作用是对触摸信号进行脉冲展宽整形， 保证每次触摸动作都可。双稳态电路用来驱动晶闸管VS。当人手摸一下M，人体泄漏的交流电在电阻R2上的压降，其正半周信号进入脚CP1端， 使单稳态电路翻转进入暂态 其输出端Q1即脚跳变为高电平，此高电平经R3向C1充电，使 电位上升，当上升到复位电平时，单稳态电路复位， 脚恢复低

11、电平。 所以每触摸一次M， 脚就输出一个固定宽度的正脉冲。 此正脉冲将直接加到11脚CP2 端， 使双稳态电路翻转一次， 其输出端Q2即13脚电平就改变一次。 当13脚为高电平时VS开通，电灯EI点亮。这时电容C3 两端的电压会跌落到3v左右，发光管VD6熄灭，由于cmos电路的微功耗特点，所以集成块仍能正常工作。当13脚输出低电平时。VS失去触发电流， 当交流电过零时即关断， EI熄灭。 这时C3 两端电压又恢复到VD5的稳压值12v， VD6发光用来指示开关的位置。由此可见，每触摸一次M，就能实现电灯“开” 或“关”F的瓷片电容即可。 而本次试验采用简化电路的方式进行焊接，模拟仿真。以快速

12、、安全、有效的进行仿真测试及硬件验证。其简化后的原理图如下：工作原理相同，具体叙述如下：工作原理分析：上图是用双D触发器制作的触摸开关。CD4013是双D触发器，分别接成一个单稳态电路和一个双稳态电路。单稳态电路的作用是对触摸信号进行脉冲展宽整形，保证每次触摸动作都可靠。双稳态电路用来驱动晶闸管VS。当人手摸一下M，人体泄漏的交流电在电阻R2上的压降，其正半周信号进入11脚CLK端，使单稳态电路翻转进入暂态其输出端Q即1脚跳变为高电平，此高电平经R1向C1充电，使10电位上升，当上升到复位电平时，单稳态电路复位，1脚恢复低电平。所以每触摸一次M，1脚就输出一个固定宽度的正脉冲。此正脉冲将直接加

13、到3脚CLK端，使双稳态电路翻转一次，其输出端即2脚电平就改变一次。当Q1脚为高电平时VS开通，电灯Lamp点亮。这时电容C1两端的电压会跌落到3V左右，由于CMOS电路的微功耗特点，所以集成块仍能正常工作。当1脚输出低电平时。Lamp熄灭。这时C2两端电压又恢复到稳压值。由此可见，每触摸一次M，就能实现电灯“开”或“关”。两根引出线外接电源，接通电源后按下按钮，二极管维持点亮状态。再次按下按钮后立即熄灭。材料清单名称数量导线两根（10cm），5号电池一对1发光二极管1电解电容100UF cap pol11磁片电容 cap1按键开关SW-PB1芯片CD40131电阻 100K*2 220*24

14、仿真测试4.1 PROTEUS单片机仿真软件介绍Proteus是由Labcenter Electronics开发的功能强大的单片机仿真软件Proteus与其他的仿真软件相比较，在下面的优点： 1.能仿真模拟电路、数字电路、数模混合电路； 2.能绘制原理图、 HYPERLINK javascript:; t _self PCB图； 4.其最大的亮点在于能够对单片机进行实物级的仿真。从程序的编写，编译到调试，目标版的仿真一应俱全。支持汇编语言和C语言的 HYPERLINK javascript:; t _self 编程。还可配合Keil C实现程序的联合调试，将Proteus中绘制的原理图作为实际

15、中的目标板，而用Keil C集成环境实现对目标板的控制，与实际中通过硬件仿真器对目标板的调试几乎完全相同，并且支持多显示器的调试，即Proteus运行在一台计算机上，而Keil C运行在另一台计算机上，通过网络连接实现远程的调试。 PROTEUS仿真效果图当按下按钮开关后LED点亮，再次按下后熄灭参考文献2 肖景和CMOS数字电路应用300例 中国电力出版社 2006 3 童诗白，华成英.模拟电子技术基础(第四版).高等教育心得体会这次的课程设计，使我受益匪浅。第一、通过本次设计，我学会并理解了电力电子元器件的使用方法，加深了对模拟电子技术许多知识的理解。增强了自己动手动脑的能力，而且有些电子器件和实用产品的使用都是要用到前人的经验，这是课本上所学习不到的。此次的课程设计是要训练我们的工程能力，比做实验的效果好很多。第二、在课程设计期间，我通过上网，查阅了许多资料文献，掌握了高科技的搜