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1、武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书目录目录1 技术指标 .1 1.1 初始条件 .1 1.2 技术要求.12 设计方案及其比较 .1 2.1 模拟电路方案.1 2.1.1 方案一 .1 2.1.2 方案二 .3 2.1.3 方案比较 .4 2.2 数字电路方案.4 2.2.1 方案一 .4 2.2.2 方案二 .8 2.2.3 方案比较 .103 实现方案 .10 3.1 模拟电路方案.10 3.1.1 电路器件说明及反相器电路 .10 3.1.2 电路原理分析 .11 3.2 数字电路方案 .12 3.2.1 电路器件说明 .12 3.2.2 电路原理分析 .15 3.2.3 电
2、路参数设计 .154 调试过程及结论 .16 4.1 模拟部分.16 4.2 数字部分.165 心得体会 .176 参考文献 .18武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书1自动循环调光灯电路的设计和模拟信号 运算电路的设计1 1 技术指标技术指标1.11.1 初始条件初始条件直流可调稳压电源一台、以集成电路运算放大器 LF353、NE555 和 CD4017 集成电路、三极管 9013、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子、导线等必备工具。1.21.2 技术要求技术要求1）模拟部分以集成电路运算放大器 LF353 为主，设计一种模拟信号运算电路。具体包括加法运算电路和减法运算
3、电路，要求能够实现两路可调模拟信号的加法运算和减法运算。2）数字部分以 NE555 和 CD4017 集成电路为主芯片，设计一种调光灯电路。可以使灯在熄灭微亮较亮最亮四种状态下循环。要求灯光变化的循环速度可以进行调节。2 2 设计方案及其比较设计方案及其比较2.12.1 模拟电路方案模拟电路方案2.1.12.1.1 方案一方案一1）加法器方案一加法器原理图如图 1 所示。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书2图 1 方案一加法器原理图规定：R1 端输入电压为,通过的电流为 ；R2 输入电压为，通过的电流为 ;RF1122通过的电流为 ；输出电压为。0根据“虚短”和“虚地”得知放大器两
4、输入端接地，电压 0。列点节点电流方程有：1=112=223=0?因为： 。1 0所以： = 1+ 2即： 0=11+220=(11+22) (1)2) 减法器方案一减法器电路原理图如图 2 所示。图 2 方案一减法器原理图武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书3规定：R1 端输入电压为；R2 输入电压为；放大器同相输入端输入电压为输出12电压为。0在作用，=0 时，这是一个反相器，则121=11在作用，=0 时，这是一个同相放大器,则21=33+ 222=(1 +1)=(1 +1)(33+ 2)2根据电压叠加原理，同时作用时输出电压为120=11+(1 +1)(33+ 2)2 (2)
5、2.1.22.1.2 方案二方案二用方案一的方法来实现加法器是最简单，最准确的，也是最优的方法。因此不做其他考虑，现设计另一种减法器。方案二减法器的电路图如图 3 所示。图 3 方案二减法器原理图规定：R1 端输入电压为；R2 输入电压为；放大器 1,2 的输出电压分别为，。121同加法器同样的方法计算，可得：1=111= (231+232)武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书4=11231232 2.1.32.1.3 方案比较方案比较因为加法器比较容易实现，且方案一的加法器电路是最简单，最准确也是最优方案，因此加法器电路就采用方案一的电路原理图。对于减法器，虽然方案一的原理图理论分
6、析相对于方案二较复杂，但是只需要一个放大器（方案二需两个放大器） ，这就导致方案一的实际连线图比方案二的实际连线图要简单，操作起来比较容易。因此，减法器也选择方案一。综上，模拟电路方案选择方案一。2.22.2 数字电路方案数字电路方案2.2.12.2.1 方案一方案一2.2.1.12.2.1.1 单元电路设计单元电路设计自动循环调光灯电路由 NE555 组成的多谐振荡电路，CD4017 组成的十进制计数器，三极管 9013 组成的调光控制电路组成。使灯在熄灭微亮较亮最亮四种状态下循环。1) NE555 组成的多谐振荡电路由 NE555 组成的多谐振荡电路为十进制计数器提供时钟脉冲信号，其电路图
7、如图 4示。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书5图 4 NE555 多谐振荡电路当加上电源电压后，由于电容 C1 上端电压不能突变，故 NE555 处于置位状态，输出端（3 脚）呈高电平“1” ，而内部的放电管 VTl 截止，C1 通过 R1、R2 对其充电，低电平触发端（2 脚）电位随 C1 上端电压的升高呈指数上升。当 C1 上的电压随时间增加，达到 2/3VDD 阈值电平(6 脚)时，上比较器 A1 翻转，使RS 触发器置位，经缓冲级倒相，输出 V0 呈低电平“0” 。此时放电管 VT1 饱和导通，C1上的电荷经 R2 至 VT1 管放电。当 C1 放电使其电压降至 1/3V
8、DD 触发电平(2 脚)时，比较器 A2 翻转，RS 触发器复位，经倒相后，使输出端(3 脚)呈高电平“1” 。以上过程重复出现，形成无稳态多谐振荡。2）CD4017 组成的十进制计数器CD4017 主要由十进制计数电路和时序译码电路组成，是一种十进制计数器。其基本功能是对“CP”端输入的脉冲进行计数。并将输入脉冲依次输出到 Q0-Q9 十个输出端。当计满十个数时，计数器清零，并产生一个进位脉冲。自动循环调光灯共有四种状态变化，那么只需计数器的四个输出端来控制灯的亮度。利用 CD4017 输出端一次输出高电平的特点来实现调光灯电路图如图 5 所示。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书
9、6图 5 计数器当时钟脉冲由“CP”端输入，Q0-Q4 端依次输出高电平。当 Q4 端输出高电平是，计数器清零并重新计数。则 Q2-Q0 输出状态为 001-010-100-000-001 循环进行。3）三极管 9013 组成的调光灯控制电路由三极管 9013 组成的调光电路如图 6 所示。Q0-Q2 依次出现高电平，其变化状态为000-100-010-001-000 循环进行。当 Q0-Q2 出现高电平时，经三极管放大，点亮灯泡，由于 R0-R2 的电阻阻值不同，起到了控制灯泡亮度的作用。当 Q3 端出现高电平时，Q0-Q2输出都为低电平，灯泡熄灭。当 Q4 出现高电平时，计数器清零复位，Q
10、0-Q2 输出为100，计数器进入新一轮循环。因此，随着 Q0-Q4 端输出电平的变化，灯泡在熄灭-微亮-较亮-最亮四种状态下循环变化。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书7图 6 调光灯控制电路2.2.1.22.2.1.2 电路原理分析电路原理分析自动循环调光灯电路如图 7 所示。共由 NE555 多谐振荡电路，CD4017 十进制计数器，三极管 9013 调光灯控制电路三部分构成。使灯在熄灭-微亮-较亮-最亮四种状态下循环变化。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书8图 7 自动循环调光灯方案一原理图NE555 组成的多谐振荡电路用来产生脉冲信号，调节 RV1 可以改变振荡频率，也就是灯光变化的循环速度。当脉冲信号输入到计数器的“CP”端时，计数器开始计数。随着脉冲的不断输入，Q0-Q4 端依次输出高电平，当 Q0-Q2 依次输出高电平时，经放大器放大，点亮灯泡，由于 R0-R2 电阻依次降低，起到了控制灯泡亮度的作用。当 Q3 端出现高电平时，Q0-Q2 输出都为低电平，灯泡
