數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 李蘇恒

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1、 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 雙音門鈴的設(shè)計(jì) 課 程： 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 09通信1班 學(xué) 號(hào)： 0916303038 姓 名： 李蘇恒 指導(dǎo)老師: 蘇玉娜 完成日期： 2011年12月 27日

2、 引言 555定時(shí)器是電子工程領(lǐng)域中廣泛使用的一種中規(guī)模集成電路，它將模擬與邏輯功能巧妙的組合在一起，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用電壓范圍寬、工作速度快定時(shí)精度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器芯片是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以組成但穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器以及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與整形電路，在工業(yè)自動(dòng)控制、定時(shí)、仿聲、電子樂(lè)器、防盜報(bào)警器等方面有著廣泛的應(yīng)用，雙音門鈴是利用定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器組成的。 課程設(shè)計(jì)的目的 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是在《電路原理》和《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的實(shí)踐性課程。使學(xué)

3、生靈活應(yīng)用電路原理和電子技術(shù)的有關(guān)知識(shí)，進(jìn)行電子電路的綜合性設(shè)計(jì)。通過(guò)從原理圖的設(shè)計(jì)和仿真到具體電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試，全面提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、安裝調(diào)試能力、科學(xué)試驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫娴木C合素質(zhì)。1、訓(xùn)練從事專業(yè)技術(shù)工作所必需的各種基本技能和實(shí)踐動(dòng)手能力；2、培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際、從實(shí)際出發(fā)分析問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，將學(xué)生所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化；3、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力；4、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；6、培養(yǎng)學(xué)生在電力電子計(jì)術(shù)領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)能力。同時(shí)也是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)選題及設(shè)計(jì)工作原始資料的來(lái)源，為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 用定

4、時(shí)器制作雙音門鈴 摘要 電子設(shè)備需要直流電源為其供電，以便使其內(nèi)部的電子電路得到正常工作所必需的能源。大多數(shù)電器的直流供電方式都是將交流電源經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流電源。555定時(shí)器是中規(guī)模集成時(shí)間基準(zhǔn)電路，可以方便地構(gòu)成各種脈沖電路。由于其使用方便靈活、外接元件少，因而在波形的產(chǎn)生與變換、工業(yè)自動(dòng)控制、定時(shí)、報(bào)警、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。定時(shí)器常用來(lái)組成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)電路，雙音門鈴是利用定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器組成的。 關(guān)鍵字 變壓器 整流器 穩(wěn)壓器 555定時(shí)器 雙音門鈴 一、設(shè)計(jì)要求 了解穩(wěn)壓電源原理，進(jìn)一步理解5

5、55定時(shí)器的基本原理，掌握555定時(shí)器的制作技能，通過(guò)在模電與數(shù)電課程中所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，制作一個(gè)可調(diào)電源來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器制成雙音門鈴。 1、制作一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，其輸出電壓為5V左右。 2、制作一個(gè)直流穩(wěn)壓可調(diào)電源，使其輸出電壓范圍為0~15V左右 。 3、用555定時(shí)器制作雙音門鈴，在9V左右的直流電壓作用下正常工作。 二、系統(tǒng)框圖和基本工作原理 2.1 系統(tǒng)框圖 該設(shè)計(jì)電路的基本組成框圖如圖所示。 方框圖中，變壓器的作用是把交流電網(wǎng)共給的220V、50HZ交流電變換為合適的數(shù)值；整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)電壓；濾波器將脈動(dòng)電壓進(jìn)行平滑；穩(wěn)壓器能夠把

6、輸出的直流電壓穩(wěn)定在所希望的數(shù)值上。多諧振蕩器在直流電壓作用下產(chǎn)生諧波驅(qū)動(dòng)蜂鳴器正常工作。 2.2 基本工作原理 該設(shè)計(jì)電路的電路圖如下圖所示。 整流電路是交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的第一步，四個(gè)二極管VD1～VD4組成橋式整流電路，對(duì)變壓器輸出進(jìn)行整流形成脈動(dòng)直流電，其中含有較大的直流分量。再經(jīng)過(guò)濾波電容濾波，是輸出電壓呈鋸齒波形。若在其后接上穩(wěn)壓器W7805可使電壓源穩(wěn)定輸出5V左右的電壓。濾波后接上三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R2可使電壓源輸出在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的電壓。 555定時(shí)器和電阻R2~R4、電容C2組成無(wú)穩(wěn)態(tài)音頻振蕩器，當(dāng)按鈕未按下去時(shí)，

7、555定時(shí)器因強(qiáng)制復(fù)位端4腳通過(guò)R1接地呈低電位，電路被復(fù)位，振蕩器不工作，揚(yáng)聲器無(wú)聲，當(dāng)按下按鈕時(shí)，電源經(jīng)VD1向C1充放電使4腳電位上升，當(dāng)4腳電位大于0.4V時(shí)，振蕩器起振；同時(shí)，電源也經(jīng)VD2、R3、R4向C2充電，且其放電回路為C2、R4芯片內(nèi)部VTD，振蕩頻率f1=1.44/(R3+2R4)C2，揚(yáng)聲器發(fā)出的是模擬“叮-”聲，松開SA后，由于C1上已充滿電荷，故4腳仍呈高電平，555定時(shí)器仍會(huì)繼續(xù)振蕩，但C2的充電回路變?yōu)镚B、R2、R4、C2,其放電回路不變，故振蕩頻率f2=1.44/（R2+R3+2R4）C2,則f2

8、R1不斷放電，C1上的電壓逐漸變低，當(dāng)降到0.4V以下后，振蕩器停振，555定時(shí)器強(qiáng)制復(fù)位，所以按動(dòng)一次開關(guān)后，揚(yáng)聲器就發(fā)出一次“叮咚”聲。 三、各單元電路設(shè)計(jì) 3.1、直流穩(wěn)壓電源 3.1.1 整流電路 橋式整流電路圖如下圖所示 橋式整流電路的電源變壓器初、次級(jí)各有一個(gè)線圈。變壓器初、次級(jí)在整個(gè)交流周期內(nèi)都有電流流過(guò)，像普通的變壓器一樣，所以橋式整流是全波整流電路。 橋式整流電路的電壓和電流可作如下估算。整流元件認(rèn)為是理想的，在負(fù)載下電流、電壓的瞬時(shí)值為 |

9、 負(fù)載直流電壓平均值為 0.9U 負(fù)載平均直流電流為 每個(gè)二極管截止時(shí)的反向電壓相同導(dǎo)通二極管的電流平均值為負(fù)載電流平均值的一半，最大值與負(fù)載電流最大值相同。 3.1.2 濾波電路 交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動(dòng)直流電，其中含有較大的交流分量，為了使設(shè)備能用上純凈的直流電，還必須用濾波電路濾除脈動(dòng)電壓中的交流成分。 電容濾波是在整流電路的后面，用大容量的電解電與負(fù)載并聯(lián)。其工作原理如下： 電路接通瞬間設(shè)電容上起始電壓為零。電源接通后，通過(guò)整流管及變壓器次級(jí)給C充電，因?qū)ǖ亩O管及變壓器次級(jí)電源內(nèi)阻很小，所以充電時(shí)間常數(shù)很小，充電電流很大。只要合理選擇元件參數(shù)，便

10、不會(huì)發(fā)生過(guò)熱或燒壞晶體管的現(xiàn)象。當(dāng)變壓器輸出電壓達(dá)到最大值時(shí)，電容兩端的電壓也基本上達(dá)到了最大值。此后，變壓器兩輸出端電壓減小，電容處于反偏而截至。此后輸出電壓保持不變，。 3.1.3 穩(wěn)壓電路 經(jīng)過(guò)整流和濾波后的直流電路，會(huì)因交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及負(fù)載電阻的變動(dòng)而發(fā)生變化。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動(dòng)顯得太大，仍需進(jìn)一步對(duì)其穩(wěn)定，這就需要采取穩(wěn)壓電路。 穩(wěn)壓管簡(jiǎn)介 W7805是具有固定輸出電壓為5V的三端正輸出穩(wěn)壓器，輸出電流可達(dá)1.5A。該集成穩(wěn)壓器的所有主要部分都已集成在管芯上，通常使用時(shí)只需接到整流濾波電路之后，而不必外接其他元件即可工作，可簡(jiǎn)化電路

11、板的設(shè)計(jì)，減小電源部分的體積。穩(wěn)壓器具有較完善的短路和限流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)電路，因而它的工作是比較可靠的。 LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓器LM317能在最大輸入電壓不超過(guò)40V的條件下工作，輸出電流不超過(guò)1A。 輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。 由于它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大 其穩(wěn)壓電路原理圖如下： . 施加于負(fù)載的電壓等于電阻和電位器R2上的電壓之和。即： 由于穩(wěn)壓器調(diào)整端電流非常小 ，并極其穩(wěn)定。所以公式可寫為 ： U0＝1.25（1＋R2/R1） 因此將固定，調(diào)節(jié)電位器 就可

12、以改變穩(wěn)壓器的輸出電壓。 LM317型穩(wěn)壓器由于其放大器是在1:1的深度負(fù)反饋下工作，當(dāng)輸出端負(fù)載為容性的某些值時(shí)，穩(wěn)壓器有可能出現(xiàn)自激現(xiàn)象，為此，在輸出端至地之間接一個(gè)1uF左右的電解電容 3.2、多諧振蕩器 3.2.1、 555定時(shí)器簡(jiǎn)介 555電路是一種數(shù)字，模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)的電路，由于內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5千歐電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和COMS型兩大類，二者的結(jié)構(gòu)與原理類似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的三位數(shù)碼都是555或556.所有的CMOS產(chǎn)品型號(hào)最后四位數(shù)碼都是7555或7556，而二

13、者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時(shí)器，556和7556是雙定時(shí)器。雙極性的電源電壓Vcc=+5~+15V,輸出的最大電流可達(dá)200mA，COMS型的電源電壓為+3~+18V。 3.2.2、555電路工作原理 555電路它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)，比較器的參考電壓由三只5千歐的電阻器構(gòu)成的分壓器提供。他們分別使高電瓶比較器A1的相位輸入端和低電平比較器A2的反向輸入端的參考電平為2/3V和1/3V。A1與A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)自高電平觸發(fā)輸入并超過(guò)參考電平2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳

14、輸出低電平，同時(shí)放電開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電開關(guān)管截止。 3.2.3、555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器 555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路圖如下圖所示 剛接通電源時(shí)，電容C兩端電壓，即引腳2和6輸入為0，則電路輸出為高電平。電容C開始充電，上升到時(shí)，三極管VTD導(dǎo)通。電容C通過(guò)VTD和電阻放電，逐漸減小，當(dāng)下降到時(shí)，跳變?yōu)楦唠娖?，VTD截止。電容放電持續(xù)時(shí)間為： VTD截止后，電容C通過(guò)電源和及又開始充電，當(dāng)上升到時(shí)，電路輸出又跳變?yōu)?，從而通過(guò)電容C不斷

15、充放電實(shí)現(xiàn)矩形脈沖的振蕩輸出。同理可推得電容充電持續(xù)時(shí)間為： 所以輸出脈沖周期為： T= 四、參數(shù)計(jì)算 4.1、穩(wěn)壓電源參數(shù) 1，用穩(wěn)壓器W7805所制成的穩(wěn)壓源輸出電壓為5V 2、用可調(diào)穩(wěn)壓器LM317所制成穩(wěn)壓電源輸出電壓U0為： U0=1.25（1＋R2/R1） 當(dāng)R2=0時(shí)，輸出電壓U0=1.25V隨著R2的增加，輸出電壓不斷增大，當(dāng)R2達(dá)到最大10K?時(shí)，輸出電壓達(dá)到最大為U0=13.75V. 4.2、多諧振蕩器參數(shù) 充電時(shí)間T1=0.83ms 放電時(shí)間T2=0.21ms 輸

16、出脈沖周期T=T1+T2=1.04ms， 輸出脈沖頻率f=0.962KHz 五、Proteus仿真結(jié)果 · 六、心得與體會(huì) 在做這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之前，我查閱了很多關(guān)于555定時(shí)器的資料，我從資料中對(duì)于555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及其功能有了深入的了解，同時(shí)對(duì)于課本知識(shí)有了更深一步的了解和鞏固。例如利用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)和整形的功能。此外，通過(guò)555定時(shí)的輸入端Ui2和Ui1連在一起，作為觸發(fā)信號(hào)的輸入，即可構(gòu)成施密特觸發(fā)器，通過(guò)施密特觸發(fā)器可將邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)變換為邊沿陡直的矩形脈沖信號(hào)，也可選擇合適的回差電壓將傳輸后發(fā)生波形畸變的脈沖的頂部干

17、擾消除。 總之，通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)讓我了解學(xué)會(huì)了很多的知識(shí)并且獲得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為我以后的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也使我下定決心。以后更加努力學(xué)習(xí)書本知識(shí)，因?yàn)檎n本知識(shí)是理論到實(shí)踐的基礎(chǔ)！ 附錄 序號(hào) 品名 型號(hào)或規(guī)格 數(shù)量 1 變壓器 ~220V、50Hz 1個(gè) 2 二極管 IN4148 9個(gè) 3 電解電容 0.1uF 4個(gè) 4 電解電容 10uF 4個(gè) 5 電容 47uF 1個(gè) 6 電容 470uF 1個(gè) 7 電阻 240Ω 1個(gè) 8

18、 電阻 4.7KΩ 1個(gè) 9 電阻 3.6 KΩ 2個(gè) 10 電阻 3 KΩ 1個(gè) 11 電位器 0~10 KΩ 1個(gè) 12 門鈴專用按鈕 4引腳 1個(gè) 13 蜂鳴器 8Ω 1個(gè) 14 中規(guī)模集成器件 NE555 1個(gè) 15 中規(guī)模集成器件 7805 1個(gè) 16 中規(guī)模集成器件 LM317 1個(gè) 參考文獻(xiàn) [1] 閻有運(yùn)，電工電子實(shí)踐系列教程—電子技術(shù)實(shí)踐．1版．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007． [2] 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)—數(shù)字部分．5版．北京：高等教育出版社，2006． [3] 艾永樂(lè)，付子義．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)．1版．徐州：中國(guó)電力出版社，2008 [4] 段九州，電源電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)．1版．沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002 [5] 童詩(shī)白，徐振英．現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用．北京：高等數(shù)學(xué)出版社．1994 14