數(shù)字電子技術課程設計 李蘇恒

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1、 數(shù)字電子技術課程設計 題 目： 雙音門鈴的設計 課 程： 《數(shù)字電子技術基礎》 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 09通信1班 學 號： 0916303038 姓 名： 李蘇恒 指導老師: 蘇玉娜 完成日期： 2011年12月 27日

2、 引言 555定時器是電子工程領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，具有結構簡單、使用電壓范圍寬、工作速度快定時精度高、驅動能力強等優(yōu)點。555定時器芯片是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上幾個適當?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)器等脈沖產生與整形電路，在工業(yè)自動控制、定時、仿聲、電子樂器、防盜報警器等方面有著廣泛的應用，雙音門鈴是利用定時器構成多諧振蕩器組成的。 課程設計的目的 電子技術課程設計是在《電路原理》和《數(shù)字電子技術基礎》課程學習的基礎上進行的實踐性課程。使學

3、生靈活應用電路原理和電子技術的有關知識，進行電子電路的綜合性設計。通過從原理圖的設計和仿真到具體電子系統(tǒng)的安裝和調試，全面提高學生的實際動手能力、安裝調試能力、科學試驗能力等方面的綜合素質。1、訓練從事專業(yè)技術工作所必需的各種基本技能和實踐動手能力；2、培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、從實際出發(fā)分析問題、研究問題和解決問題的能力，將學生所學知識系統(tǒng)化；3、培養(yǎng)學生文獻檢索的能力；4、培養(yǎng)學生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；6、培養(yǎng)學生在電力電子計術領域的工程設計能力。同時也是學生畢業(yè)設計選題及設計工作原始資料的來源，為學生畢業(yè)設計的下堅實的基礎。 用定

4、時器制作雙音門鈴 摘要 電子設備需要直流電源為其供電，以便使其內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)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流電源。555定時器是中規(guī)模集成時間基準電路，可以方便地構成各種脈沖電路。由于其使用方便靈活、外接元件少，因而在波形的產生與變換、工業(yè)自動控制、定時、報警、家用電器等領域得到了廣泛應用。定時器常用來組成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)電路，雙音門鈴是利用定時器構成多諧振蕩器組成的。 關鍵字 變壓器 整流器 穩(wěn)壓器 555定時器 雙音門鈴 一、設計要求 了解穩(wěn)壓電源原理，進一步理解5

5、55定時器的基本原理，掌握555定時器的制作技能，通過在模電與數(shù)電課程中所學的相關知識，制作一個可調電源來驅動一個蜂鳴器制成雙音門鈴。 1、制作一個直流穩(wěn)壓電源，其輸出電壓為5V左右。 2、制作一個直流穩(wěn)壓可調電源，使其輸出電壓范圍為0~15V左右 。 3、用555定時器制作雙音門鈴，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 該設計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；整流器將交流電轉變?yōu)橹绷髅}動電壓；濾波器將脈動電壓進行平滑；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生諧波驅動蜂鳴器正常工作。 2.2 基本工作原理 該設計電路的電路圖如下圖所示。 整流電路是交流電壓轉換為直流電壓的第一步，四個二極管VD1～VD4組成橋式整流電路，對變壓器輸出進行整流形成脈動直流電，其中含有較大的直流分量。再經(jīng)過濾波電容濾波，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穩(wěn)壓器LM317，調節(jié)滑動變阻器R2可使電壓源輸出在一定范圍內連續(xù)變化的電壓。 555定時器和電阻R2~R4、電容C2組成無穩(wěn)態(tài)音頻振蕩器，當按鈕未按下去時，

7、555定時器因強制復位端4腳通過R1接地呈低電位，電路被復位，振蕩器不工作，揚聲器無聲，當按下按鈕時，電源經(jīng)VD1向C1充放電使4腳電位上升，當4腳電位大于0.4V時，振蕩器起振；同時，電源也經(jīng)VD2、R3、R4向C2充電，且其放電回路為C2、R4芯片內部VTD，振蕩頻率f1=1.44/(R3+2R4)C2，揚聲器發(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定時器仍會繼續(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，當降到0.4V以下后，振蕩器停振，555定時器強制復位，所以按動一次開關后，揚聲器就發(fā)出一次“叮咚”聲。 三、各單元電路設計 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、次級各有一個線圈。變壓器初、次級在整個交流周期內都有電流流過，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。整流元件認為是理想的，在負載下電流、電壓的瞬時值為 |

9、 負載直流電壓平均值為 0.9U 負載平均直流電流為 每個二極管截止時的反向電壓相同導通二極管的電流平均值為負載電流平均值的一半，最大值與負載電流最大值相同。 3.1.2 濾波電路 交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動直流電，其中含有較大的交流分量，為了使設備能用上純凈的直流電，還必須用濾波電路濾除脈動電壓中的交流成分。 電容濾波是在整流電路的后面，用大容量的電解電與負載并聯(lián)。其工作原理如下： 電路接通瞬間設電容上起始電壓為零。電源接通后，通過整流管及變壓器次級給C充電，因導通的二極管及變壓器次級電源內阻很小，所以充電時間常數(shù)很小，充電電流很大。只要合理選擇元件參數(shù)，便

10、不會發(fā)生過熱或燒壞晶體管的現(xiàn)象。當變壓器輸出電壓達到最大值時，電容兩端的電壓也基本上達到了最大值。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)過整流和濾波后的直流電路，會因交流電網(wǎng)電壓的波動以及負載電阻的變動而發(fā)生變化。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動顯得太大，仍需進一步對其穩(wěn)定，這就需要采取穩(wěn)壓電路。 穩(wěn)壓管簡介 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，可簡化電路

11、板的設計，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、過熱保護和調整管安全工作區(qū)保護電路，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40V的條件下工作，輸出電流不超過1A。 輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。 由于它內部還是線性穩(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的深度負反饋下工作，當輸出端負載為容性的某些值時，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1uF左右的電解電容 3.2、多諧振蕩器 3.2.1、 555定時器簡介 555電路是一種數(shù)字，模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應用十分廣泛。它是一種產生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內部電壓標準使用了三個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，二者的結構與原理類似。幾乎所有的雙極型產品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556.所有的CMOS產品型號最后四位數(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是單定時器，556和7556是雙定時器。雙極性的電源電壓Vcc=+5~+15V,輸出的最大電流可達200mA，COMS型的電源電壓為+3~+18V。 3.2.2、555電路工作原理 555電路它含有兩個電壓比較器，一個RS觸發(fā)器，一個放電開關，比較器的參考電壓由三只5千歐的電阻器構成的分壓器提供。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)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號自高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2/3Vcc時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳

14、輸出低電平，同時放電開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于1/3Vcc時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電開關管截止。 3.2.3、555定時器構成多諧振蕩器 555定時器構成多諧振蕩器電路圖如下圖所示 剛接通電源時，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，三極管VTD導通。電容C通過VTD和電阻放電，逐漸減小，當下降到時，跳變?yōu)楦唠娖?，VTD截止。電容放電持續(xù)時間為： VTD截止后，電容C通過電源和及又開始充電，當上升到時，電路輸出又跳變?yōu)?，從而通過電容C不斷

15、充放電實現(xiàn)矩形脈沖的振蕩輸出。同理可推得電容充電持續(xù)時間為： 所以輸出脈沖周期為： T= 四、參數(shù)計算 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R2=0時，輸出電壓U0=1.25V隨著R2的增加，輸出電壓不斷增大，當R2達到最大10K?時，輸出電壓達到最大為U0=13.75V. 4.2、多諧振蕩器參數(shù) 充電時間T1=0.83ms 放電時間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仿真結果 · 六、心得與體會 在做這次實驗設計之前，我查閱了很多關于555定時器的資料，我從資料中對于555定時器的內部結構、工作原理及其功能有了深入的了解，同時對于課本知識有了更深一步的了解和鞏固。例如利用555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)延時、定時和整形的功能。此外，通過555定時的輸入端Ui2和Ui1連在一起，作為觸發(fā)信號的輸入，即可構成施密特觸發(fā)器，通過施密特觸發(fā)器可將邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿陡直的矩形脈沖信號，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，通過這次的課程設計讓我了解學會了很多的知識并且獲得了許多寶貴的經(jīng)驗，為我以后的學習和實驗打下了堅實的基礎，同時也使我下定決心。以后更加努力學習書本知識，因為課本知識是理論到實踐的基礎！ 附錄 序號 品名 型號或規(guī)格 數(shù)量 1 變壓器 ~220V、50Hz 1個 2 二極管 IN4148 9個 3 電解電容 0.1uF 4個 4 電解電容 10uF 4個 5 電容 47uF 1個 6 電容 470uF 1個 7 電阻 240Ω 1個 8

18、 電阻 4.7KΩ 1個 9 電阻 3.6 KΩ 2個 10 電阻 3 KΩ 1個 11 電位器 0~10 KΩ 1個 12 門鈴專用按鈕 4引腳 1個 13 蜂鳴器 8Ω 1個 14 中規(guī)模集成器件 NE555 1個 15 中規(guī)模集成器件 7805 1個 16 中規(guī)模集成器件 LM317 1個 參考文獻 [1] 閻有運，電工電子實踐系列教程—電子技術實踐．1版．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2007． [2] 康華光，電子技術基礎—數(shù)字部分．5版．北京：高等教育出版社，2006． [3] 艾永樂，付子義．數(shù)字電子技術基礎．1版．徐州：中國電力出版社，2008 [4] 段九州，電源電路實用設計手冊．1版．沈陽：遼寧科學技術出版社，2002 [5] 童詩白，徐振英．現(xiàn)代電子學及應用．北京：高等數(shù)學出版社．1994 14