《哈工大_数电课设报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工大_数电课设报告（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1HarbinHarbin InstituteInstitute ofof TechnologyTechnology课程设计说明书课程设计说明书课程名称：数字电子技术基础设计题目：声控灯的设计与制作院系：航天学院班级：设 计 者： 本次得分 98 分学号：指导教师：吕超设计时间：哈尔滨工业大学哈哈尔尔滨滨工工业业大大学学课课程程设设计计任任务务书书2姓名：院 （系） ：航天学院控制科学与工程系 专业： 自动化班号： 任务起至日期：2012 年 12 月3日至 2012 年 12 月9日课程设计题目：声控开关的设计与制作已知技术参数和设计要求： 1、接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二极管
2、（电流 510mA） ， 延时时间在 111s 之间可调。 2、点亮时间用数码管显示（采用共阳极数码管） ，时间单位长度可调，显示范 围为 111s。 3、当发光二极管熄灭后， 数码管显示的数字保持一段时间， 并且保持时间可调， 为 111s。工作量： 1、 用一上午的时间设计系统的整体结构框图； 2、 用一下午的时间设计各功能模块的电路图，并进行仿真分析； 3、 用一个晚上在面包板上搭电路； 4、 用两个上午对搭建的电路进行调试。工作计划安排：1、12 月 3 号上午设计系统的整体结构框图； 2、12 月 3 号下午设计各功能模块的电路图，并进行仿真分析； 3、12 月 4 号下午加晚上在面
3、包板上搭电路； 4、12 月 5 ，6，7 号上午在实验室调试电路。3同组设计者及分工： 同组人： 分工：负责电路设计部分，负责电路搭建部分，两人一起调试电路指导教师签字_2012 年 12月日教研室主任意见：教研室主任签字_2012 年12月日* *注：此任务书由课程设计指导教师填写。注：此任务书由课程设计指导教师填写。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）4目目录录第一章、整体结构框图5第二章、模拟电路部分5 2.1 驻极式话筒 5 2.2 放大电路5 2.3 整形电路6 2.4 单稳电路7 2.5 发光二极管模块 8第三章、数字电路部分 8 3.1 时钟发生电路8 3.2 计数器与选通电路
4、9 3.3 译码器和数码显示管10第四章、整体结构分析及仿真11第五章、电路调试及各模块波形13第六章、设计心得体会18第七章、参考文献18哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）5第一章第一章 系统整体结构的设计系统整体结构的设计该系统可以分为两大部分：第一部分为模拟电路，第二部分为数字电路。模拟电路部分主要功 能是将声音传感器的产生的短脉冲信号进行放大、整形，并在后续产生一定时间的高电平暂态使发光 二极管工作，并用来控制第二部分的数字电路的工作。数字电路部分的主要功能是用数码管显示发光 二极管的点亮时间。根据模拟电路部分和数字电路部分的功能可设计出系统的整体结构框图如图 1 所 示：图图 1.
5、1-1 系统整体结构框图系统整体结构框图第二章第二章 模拟电路部分模拟电路部分2.1 驻极式话筒驻极式话筒 驻极式话筒（如图 2.1.1-1）有两个接口，一个接口与外壳相接，这个接口在电路中应该接地， 另一个接一个上拉电阻与 5V 高电平相接，并作为信号输出端；当有声音信号时声音传感器能产生一 个微弱的短暂脉冲信号。图图 2.1-12.1-1 声音传感器实物图声音传感器实物图话筒微弱的 短脉冲信号两级放大发光二 极管单稳触 发器 1施密特 整形时钟信号数码显示管计数器译码器单稳触 发器 2与非门或非门电路哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）6话筒实物话筒实物端口接线方式端口接线方式2.2 放大
6、电路放大电路 由于声音传感器所产生的电信号的电压太小不宜直接进行整形，因此要对该电信号进行适当的放 大，我们选用了三极管共射级放大电路，因为共射级放大电路会使输入电信号的相位滞后 180 度，因 此使用两级放大，放大电路如图 2.2-1 和两级放大电路产生的波形如图 2.2-2 所示。VCC5VQ22N1711Q32N1711R6 100kR71kR8 6.2k R9 47kJ1Key = SpaceVCC03 2VCC 5V4VCCXSC1ABExt Trig +_+_ 10图图 2.2-12.2-1 放大电路图放大电路图图图 2.2-22.2-2 放大电路输出波形放大电路输出波形 2.3
7、整形电路整形电路 施密特触发器的有一个很重要的应用是脉冲整形，经过施密特触发器的整形之后，脉冲信号可以哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）7变成比较理想的矩形脉冲信号。 并且话筒产生的上升沿经施密特触发器整形同时取反， 产生一下降沿， 可触发之后的单稳态触发器。施密特触发器电路如图 2.1.3-1 所示，其输出波形如图 2.1.3-2 所示VCCOUTU7555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIC410nF 012VCC 5V VCC图图 2.3-12.3-1 施密特触发器构成的整形电路图施密特触发器构成的整形电路图图图 2.3-22.3-2 整形电路输出波形整形电路
8、输出波形 2.4 单稳电路单稳电路 因为经过整形电路之后的脉冲宽度太窄，使发光二极管工作的时间和计数时间都非常短，为了 能够使发光二极管工作的时间和计数时间变长达到 10s 左右，必须使用单稳态触发器，这里我们选用 555 定时器构成的单稳态触发器，其电路图以及输出波形分别如图 2.4-1 和图 2.4-2 所示。因为单稳态 触发器的暂态时间为tw=1.1R2C2令暂态时间tw=8stw=1.1R2C2=8s所以R2C2=8/1.1，取C2=100uf， R2=100k的电位器，所以时间可调，最大延时时间为 11s。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）8VCCOUTU6555_TIMER_RA
9、TEDGNDDISRSTTHRCONTRIC2100uFC610nFR2100k Key=A50%01090VCC 5VVCC1图图 2.4-12.4-1555555 定时器构成的单稳态触发器电路定时器构成的单稳态触发器电路图图 2.4-22.4-2单稳态触发器电路的输入输出波形图单稳态触发器电路的输入输出波形图 2.5 发光二极管模块发光二极管模块 发光二极管的功能是，当单稳触发器输出稳态低电平电压时，发光二极管不发光，当单稳态触发 器输出暂态高电平电压时，发光二极管发光。采用开关三级管基极驱动方式。根据发光二极管模块的 功能设计的电路图如图 2.5-1 所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（
10、论文）9VCC5VR3 1kR4300Q12N1711LED10876VCC图图 2.5-12.5-1 发光二级管模块电路图发光二级管模块电路图第三章数字电路部分第三章数字电路部分3.1 时钟发生电路时钟发生电路 计数器工作时必须有稳定的时钟发生电路为计数器提供时钟信号，在本课程设计中我们使用了 555 定时器构成的多谐振荡器来产生时钟信号，其电路图如图 3.1-1 所示，输出时钟信号如图 3.1-2 所示。时钟电路的输出时钟信号周期等于多谐振荡器的振荡周期，多谐振荡器的振荡周期：T=T1+T2其中T1=0.7(RA+RB)CT2=0.7RBC所以T=0.7(RA+2RB)C令时钟的周期为 1
11、，也即是使计数器每隔 1 秒钟记一次数，所以T=0.7(RA+2RB)C=1取C=100uf、 RA=200 欧，则 RB=7.043k，RB为可调电位器，总阻值为100k。VCC OUTU2555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIRA200C110nFC2100uFVCC 5VRB7.043k 1213VCC1100哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）10图图 3.1-13.1-1555555 定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器图图 3.1-23.1-2 多谐振荡器输出时钟信号多谐振荡器输出时钟信号 3.2 计数器与选通电路计数器与选通电路 我们学过的计数
12、器芯片有很多种，老师给我们提供了两片 74LS90 芯片，74LS90 芯片为上升沿异 步计数的十进制计数器，该计数器按照 8421BCD 码进行计数，因为单稳态触发器的暂态时间 tw=1.1R2C2=8 秒，时钟周期 T=0.7(RA+2RB)C=1 秒，计数器必须能记 8 个数，此电路使用 74LS90 的级 联（电路如图 3.2-1 所示） ，用以计十以上的数。 为实现在灯熄灭后，数码管的数值能保持一段时间，考虑增设一单稳态定时器，用于控制两个 90 计数器延时清零，该清零信号通过两单稳态触发器的输出进行或非运算产生。选通器使用 74LS00 芯 片的与非门， 当单稳态触发器 1 输出稳
13、态电压 （低电平） 时， 单稳态输出与时钟通过与非门接到 74LS90 的 CP 端，控制计数开始，单稳态输出 1 触发另外的一个单稳态时钟 2，二者通过或非门控制 74LS90 的 R01、R02 清零端；当单稳态触发器 1 输出暂态电压（高电平）时，与非门输出低电平，计数器开 始计数。当单稳态触发器 1 输出由暂态电压变为稳态电压时，74LS90 计数停止，单稳态时钟 2 受到 触发，单稳态触发器 1 输出与单稳态触发器 2 输出通过或非门，实现延时一段时间后对 74LS90 清零。U174LS90DQA12 QB9QD11QC8INB1R916 R927R012INA14R023U374
14、LS90NQA12 QB9QD11QC8INB1R916 R927R012INA14R023U8A74LS00N01230456图图 3.2-13.2-174LS9074LS90 计数器的级联计数器的级联哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）11图图 3.2-3.2-2 2 延时电路（单稳态触发电路延时电路（单稳态触发电路 2 2）3.3 译码器和数码显示管译码器和数码显示管 课本中讲过 74LS47 译码器驱动共阳极 LED 数码管的内容， 74LS90 计数器输出的是 8421BCD 码， 74LS47 译码器是对 8421BCD 码进行译码，使共阳极 LED 数码管显示从零到一的数，其电路
15、图如图 3.3-1 所示U174LS47DA7 B1 C2 D6OA13OD10 OE9 OF15OC11OB12OG14LT3 RBI5 BI/RBO4U2A BC D E F GCA12 34567VCC 5VVCCVCC 5VVCC图图 3.3-13.3-174LS4774LS47 译码器驱动共阳极译码器驱动共阳极 LEDLED 数码管数码管第四章第四章整体结构分析与仿真整体结构分析与仿真根据系统整体结构框图将模拟电路部分和数字电路部分结合起来，绘制整体电路图并在 Multisim 上进行仿真，将声音传感器用脉冲信号代替，仿真图如图 4-1 所示。仿真结果显示当没有脉 冲输入时， 两个数码管都显示零， 当输入脉冲信号时， 发光二极管变亮而且数码显示管从零开始计数，哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）12当第一个数码显示管显示到 8 之后，发光二极管熄灭，计数停止，数码管显示 08，并保持一段时间后 再清零，数码显示管又都变成 0.
