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1、湖南文理学院课程设计报告 课程名称： 电子技术课程设计 院 部： 电气与信息工程学院 专业班级： 自动化12101班 学生姓名： 占 文 兵 指导教师： 王 文 虎 完成时间： 2014年6月10号 报告成绩： 评阅意见： 评阅老师: 日期： 延 时 开 关 电 路 的 设 计 目 录 摘 要I ABSTRACTII 第一章 设计指标.1 1.1 设计题目1 1.2 设计指标1 1.3 设计原理1 第二章 延时开关电路设计2 2.1 系统模块及框图2 2.2 单元电路的设计2 2.2.1 延时电路2 2.2.2 时钟信号的产生电路4 2.2.3 声控电路5 2.2.4 延时显示电路6 2.2.
2、5 直流稳压电路10 第三章 延时开关电路仿真与分析.13 3.1 延时电路仿真13 3.2 时钟信号产生电路仿真14 3.3 声控电路仿真15 3.4 延时显示电路仿真15 3.5 整流流稳压电路16 总 结.17 参考文献.18 致 谢.19 附录一： 延时开关电路的电路图.20 附录二：延时开关电路的元件明细表.21 延时开关电路的设计 I 摘 要 延时开关电路是电力控制系统中的重要组成部分。它由延时电路、时钟信号产生电 路、声控电路、延时显示电路、直流稳压电路单元电路构成。延时电路的功能是先输出 高电平在不用人干预下过几分钟后自动变为低电平；时钟信号产生电路是由 NE555 定时 器组
3、成的多谐振荡器产生计数器所需的时钟信号；声控电路是用压电陶瓷片拾取声音信 号并把声音信号变为电信号；延时显示电路是通过 74LS47 进行译码并驱动数码管显示； 整流稳压电路采用 LM7805 把交流电变成稳定的 5V 直流电。借助 Multisim10.0 仿真软件 对各电路进行了性能与功能仿真，通过仿真分析验证了设计的正确性，达到了设计的预 期目的。 关键词 延时开关；声控；74LS47；多谐振荡器；LED 延时开关电路的设计 II Abstract The time delay switch circuit is an important part of the electric con
4、trol systems. It is composed of delay circuit, clock signal generation circuit, voice circuit, delay display circuit and DC voltage stabilizing circuit. The delay circuits function is to output high level and then covert it to low level current automatically after few minutes; the clock signal gener
5、ating circuit is needed when multivibrator which is composed of NE555 timer generates clock signal for counter. Voice control circuit works as piezoelectric ceramic piece collect voice signal and turn it into electric signal; Delay circuit decodes message via 74LS47 and drives nixie tube work. Recti
6、fying and voltage stabilizing circuit adopts LM7805 AC into 5V DC stable. With the aid of the Multisim10.0 simulation software performance and functional simulation of the circuit, the simulation results validate the correctness of the design, to achieve the desired purpose design. Keywords Delay sw
7、itch, Voice control, 74LS47, Multivibrator, LED 延时开关电路的设计 1 第一章 设计指标 延时开关电路是当楼道有声响或人为按下开关时，楼道的照明电路工作，之后在不需 人的干预下会延时几分钟自动的停止工作。整个开关电路的功耗很低。在当今倡导节能 环保和人们对自动化要求较高的今天，设计一个延时开关电路是有必要的。 1.1 设计题目 延时开关电路 1.2 设计指标 1. 声响能点亮灯，灯亮一段时间后自动熄灭。 2. 楼道两端有手动开关，开关闭合后灯点亮，一段时间后灯自动熄灭。 3. 设置延时时间，灯点亮后数码管显示灯距离熄灭的时间。 1.3 设计原理
8、1.由 NE555 定时器构成单稳态触发器，达到延时的目的。 2.由双向晶闸管构成触发控制。 3.NE555 定时器组成多谐振荡器，发出 1Hz 的脉冲波，构成时钟信号源。 4.74LS192N 同步十进制加减计数器对时钟信号进行计数并输出 BCD 码。 5.74LS47N 对 BCD 码进行译码并驱动数码管。 6.数码管显示时间。 延时开关电路的设计 2 第二章 延时开关电路设计 电路设计过程中，一方面要考虑电路的性能是否能达到要求，另一方面也要考虑电路 结构以及元器件的选择。在保证电路性能的前提下，尽可能选择廉价、易购买、体积小 的元器件。 2.1系统模块及框图 手动开关NE555 延时触
9、发控制照明电路 声音信号 拾取 NE555 产生 时钟信号 计数器译码器驱动器数码管显示 图 2.1 延时电路方框图 2.2 单元电路的设计 2.2.1 延时电路 NE555 定时器组成单稳态触发器，实现延时。 如图 2.2 为 555 定时器组成的单稳态触发器。 555 定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用级为广泛。它不仅 用于信号的产生和交换，还常用于控制与检测电路中。 下面介绍 NE555 的结构和功能。 如图 2.3 为 555 定时器的引脚图。 1. 主要特性 （1） 电源电压范围为 518V。 （2） 最大负载电流为 200mA。 （3） 功耗低、输入阻抗高。 2
10、. 内部结构 555 定时器的内部电路由分压器、电压比较器 C1和 C2、简单 SR 锁存器、放电三极 图 2.3 555 定时器引脚图图 2.2 单稳态触发器 延时开关电路的设计 3 管 T 以及缓冲器 G 组成，内部结构图如图 2.4 所示。 三个 5k 的电阻串联组成分压器， 为比较器 C1、C2 提供参考电压。 当控制 电压端悬空或对地接上滤波电容，比较器 C1和 C2的基准电压分别为和。 2Vcc 3 Vcc 3 当 D（引脚 7）为低电平是，不管其他输 入端的状态如何，输出端都为低电平。 3. 引脚功能 GND（1）：接地。 （2）：触发输入端。TR OUT（3）：输出端。 RES
11、ET（4）：复位端，当 4 脚小于 0.4V 时，不管 2 和 6 脚的状态如何，输出端 3 脚输出的都为低电平。 CONV（5）：控制端。 TH（6）：阀值端，只对高电平起作用，即输入电压大于称为高触发端，3 2Vcc 3 脚输出低电平，但前提是 2 脚的点位大于是才有效。 Vcc 3 DIS（7）：放电端，与 3 脚输出同步，输出电平一致，但 7 脚并不输出电流。 VCC（8）：工作电压输入端，输入电压范围为 518V。 4. 工作原理和过程 当 V6、V2 时，比较器 C1输出低电平，比较器 C2输出高电平，简单 SR 2Vcc 3 Vcc 3 锁存器 Q 端值 0，放电三极管 T 导通
12、，输出端输出低电平。 当 V6 图 2.4 555 定时器内部电路 图 延时开关电路的设计 4 ） ，如果接通电源后 Q=0，T 导通，电容通过放电三极管 T 放电，使 VC1=0、Vo保持 Vcc 3 低电平不变。如果接通电源后 Q=1，放电三极管 T 就会截止，电源通过电阻 R 向电容 C 充电，当 VC1上升到时，由于 R=0、S=1，锁存器置 0、Vo为低电平。此时放电三 2Vcc 3 极管 T 就导通，电容 C1放电，Vo保持低电平不变。因此，电路通电后在没有触发信号时， 电路只有一种稳定状态 Vo=0。 若触发输入端施加触发信号（） ，电路的输出状态由低电平跳为高电平，电路 Vcc
13、 3 进入暂稳态，放电三极管 T 截止。此后电容 C1充电，当 C1充电至 VC=时，电路的 2Vcc 3 输出电压 Vo有高电平翻转为低电平，同时 T 导通，于是电容 C1放电，电路返回到稳定 状态。 主要计算：如果忽略 T 的饱和压降，则 VC1从零电平上升到的时间，即为输出 2Vcc 3 电压 Vo的脉宽 tw tw=R1C1ln31.1R1C1 （2-1） 即延时的时间 T=tw。 2.2.2 时钟信号的产生电路 555 定时器内部的比较器灵敏度很高，而且采用差分电路形式，用 555 定时器组成的 多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。时钟信号实际是频率为 1Hz 的脉冲
14、信号，所以采用 555 定时器组成多谐振荡器， 产生产生频率为 1Hz 的脉冲信号。 555 定时器组成的多谐振荡器电路图如图 2.5 所 示。 下面主要介绍 555 定时器组成的多谐振荡器的 原理和工作过程。 接通电源后，电容 C1被充电，当 VC1上升到 时，使 Vo为低电平，同时放电三极管 T 导通， 2Vcc 3 此时电容 C1通过 R2和 T 放电，VC1下降。当 VC1下降到时，Vo翻转为高电平。电容 Vcc 3 图 2.5 多谐振荡器 延时开关电路的设计 5 器 C1放电所需要的时间为 tpL=R2C1ln20.7R2C1 （2-2） 当放电结束时，T 截止，VCC通过将通过 R
15、1、R2电容器 C1充电，VC1由上升到 Vcc 3 所需要的时间为 2Vcc 3 tpH=（R1+R2）C1ln20.7（R1+R2）C1 （2-3） 当 Vc1上升到 2Vcc/3 时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输 出端就是得到一个周期性的矩形波。其振荡频率为 f= (2-4) pLpH 1 tt 121 1.43 R2RC 经过计算当 R1=10k，R2=100k，C1=6.8F 时，在电路的输出端就得到一个频率为 1Hz 的脉冲信号，即产生了时钟信号。 2.2.3 声控电路 当楼道有声响时，通过对声音信号拾取和之后把它转化成电信号流入 555 定时器组 成的单稳态
16、触发器的 2 引脚，使其输出端输出高电平，以触发触发装置，灯点亮。 声控电路结构图如图 2.6 所示 声音信号 声音信号的拾 取和转换 555 定时器触发装置 图 2.6 声控电路结构图 下面介绍压电陶瓷片。 压电陶瓷片是一种电子发音元件，在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料， 当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片 会根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声 音来；反之，压电陶瓷片受到机械振动(或压力)时， 片上就产生一定数量的电荷 Q，从电极上可输出 电压信号。 应用原理：发出声响，使压电陶瓷片振动， 当压电陶瓷片受到机械振动(或压力)时，片上就产 生一定数量的电荷 Q，从电极上可输出电压信号。 图 2.7 声控电路原理图 延时开关电路的设计 6 采用压电陶瓷片对楼道所发出的声音信号进行拾取并转化成电信号，转化出的电信号 很小，但不需要对它进行放大，因为在本设计中正好利用它的低
