数字电子技术课程设计 李苏恒

数字电子技术课程设计题 目： 双音门铃的设计 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 09通信1班 学 号： 0916303038 姓 名： 李苏恒 指导老师: 苏玉娜 完成日期： 2011年12月 27日 引言555定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路，它将模拟与逻辑功能巧妙的组合在一起，具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快定时精度高、驱动能力强等优点。555定时器芯片是一种中规模集成电路，只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以组成但稳态触发器、多谐振荡器以及施密特触发器等脉冲产生与整形电路，在工业自动控制、定时、仿声、电子乐器、防盗报警器等方面有着广泛的应用，双音门铃是利用定时器构成多谐振荡器组成的。 课程设计的目的电子技术课程设计是在电路原理和数字电子技术基础课程学习的基础上进行的实践性课程。使学生灵活应用电路原理和电子技术的有关知识，进行电子电路的综合性设计。通过从原理图的设计和仿真到具体电子系统的安装和调试，全面提高学生的实际动手能力、安装调试能力、科学试验能力等方面的综合素质。1、训练从事专业技术工作所必需的各种基本技能和实践动手能力；2、培养理论联系实际、从实际出发分析问题、研究问题和解决问题的能力，将学生所学知识系统化；3、培养学生文献检索的能力；4、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力；6、培养学生在电力电子计术领域的工程设计能力。同时也是学生毕业设计选题及设计工作原始资料的来源，为学生毕业设计的下坚实的基础。 用定时器制作双音门铃 摘要 电子设备需要直流电源为其供电，以便使其内部的电子电路得到正常工作所必需的能源。大多数电器的直流供电方式都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换为所需的直流电源。555定时器是中规模集成时间基准电路，可以方便地构成各种脉冲电路。由于其使用方便灵活、外接元件少，因而在波形的产生与变换、工业自动控制、定时、报警、家用电器等领域得到了广泛应用。定时器常用来组成多谐振荡器、施密特触发器、单稳态电路，双音门铃是利用定时器构成多谐振荡器组成的。关键字 变压器 整流器 稳压器 555定时器 双音门铃一、设计要求 了解稳压电源原理，进一步理解555定时器的基本原理，掌握555定时器的制作技能，通过在模电与数电课程中所学的相关知识，制作一个可调电源来驱动一个蜂鸣器制成双音门铃。 1、制作一个直流稳压电源，其输出电压为5V左右。 2、制作一个直流稳压可调电源，使其输出电压范围为015V左右 。 3、用555定时器制作双音门铃，在9V左右的直流电压作用下正常工作。二、系统框图和基本工作原理 2.1 系统框图该设计电路的基本组成框图如图所示。 方框图中，变压器的作用是把交流电网共给的220V、50HZ交流电变换为合适的数值；整流器将交流电转变为直流脉动电压；滤波器将脉动电压进行平滑；稳压器能够把输出的直流电压稳定在所希望的数值上。多谐振荡器在直流电压作用下产生谐波驱动蜂鸣器正常工作。2.2 基本工作原理 该设计电路的电路图如下图所示。 整流电路是交流电压转换为直流电压的第一步，四个二极管VD1VD4组成桥式整流电路，对变压器输出进行整流形成脉动直流电，其中含有较大的直流分量。再经过滤波电容滤波，是输出电压呈锯齿波形。若在其后接上稳压器W7805可使电压源稳定输出5V左右的电压。滤波后接上三端可调稳压器LM317，调节滑动变阻器R2可使电压源输出在一定范围内连续变化的电压。555定时器和电阻R2R4、电容C2组成无稳态音频振荡器，当按钮未按下去时，555定时器因强制复位端4脚通过R1接地呈低电位，电路被复位，振荡器不工作，扬声器无声，当按下按钮时，电源经VD1向C1充放电使4脚电位上升，当4脚电位大于0.4V时，振荡器起振；同时，电源也经VD2、R3、R4向C2充电，且其放电回路为C2、R4芯片内部VTD，振荡频率f1=1.44/(R3+2R4)C2，扬声器发出的是模拟“叮-”声，松开SA后，由于C1上已充满电荷，故4脚仍呈高电平，555定时器仍会继续振荡，但C2的充电回路变为GB、R2、R4、C2,其放电回路不变，故振荡频率f2=1.44/（R2+R3+2R4）C2,则f2f1,振荡频率降低，扬声器会发出模拟“咚-”声，随着C1通过R1不断放电，C1上的电压逐渐变低，当降到0.4V以下后，振荡器停振，555定时器强制复位，所以按动一次开关后，扬声器就发出一次“叮咚”声。三、各单元电路设计 3.1、直流稳压电源3.1.1 整流电路桥式整流电路图如下图所示桥式整流电路的电源变压器初、次级各有一个线圈。变压器初、次级在整个交流周期内都有电流流过，像普通的变压器一样，所以桥式整流是全波整流电路。桥式整流电路的电压和电流可作如下估算。整流元件认为是理想的，在负载下电流、电压的瞬时值为 | 负载直流电压平均值为0.9U负载平均直流电流为每个二极管截止时的反向电压相同导通二极管的电流平均值为负载电流平均值的一半，最大值与负载电流最大值相同。3.1.2 滤波电路交流电经整流电路后可变为脉动直流电，其中含有较大的交流分量，为了使设备能用上纯净的直流电，还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成分。电容滤波是在整流电路的后面，用大容量的电解电与负载并联。其工作原理如下：电路接通瞬间设电容上起始电压为零。电源接通后，通过整流管及变压器次级给C充电，因导通的二极管及变压器次级电源内阻很小，所以充电时间常数很小，充电电流很大。只要合理选择元件参数，便不会发生过热或烧坏晶体管的现象。当变压器输出电压达到最大值时，电容两端的电压也基本上达到了最大值。此后，变压器两输出端电压减小，电容处于反偏而截至。此后输出电压保持不变，。3.1.3 稳压电路 经过整流和滤波后的直流电路，会因交流电网电压的波动以及负载电阻的变动而发生变化。在绝大多数情况下，这种输出电压的变化波动显得太大，仍需进一步对其稳定，这就需要采取稳压电路。稳压管简介 W7805是具有固定输出电压为5V的三端正输出稳压器，输出电流可达1.5A。该集成稳压器的所有主要部分都已集成在管芯上，通常使用时只需接到整流滤波电路之后，而不必外接其他元件即可工作，可简化电路板的设计，减小电源部分的体积。稳压器具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而它的工作是比较可靠的。LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块稳压器LM317能在最大输入电压不超过40V的条件下工作，输出电流不超过1A。 输入12V的话，输出最高就是10V左右。 由于它内部还是线性稳压，因此功耗比较大其稳压电路原理图如下：.施加于负载的电压等于电阻和电位器R2上的电压之和。即： 由于稳压器调整端电流非常小 ，并极其稳定。所以公式可写为 ：U01.25（1R2/R1）因此将固定，调节电位器 就可以改变稳压器的输出电压。LM317型稳压器由于其放大器是在1:1的深度负反馈下工作，当输出端负载为容性的某些值时，稳压器有可能出现自激现象，为此，在输出端至地之间接一个1uF左右的电解电容3.2、多谐振荡器 3.2.1、 555定时器简介 555电路是一种数字，模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5千欧电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和COMS型两大类，二者的结构与原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556.所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，而二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。双极性的电源电压Vcc=+5+15V,输出的最大电流可达200mA，COMS型的电源电压为+3+18V。3.2.2、555电路工作原理555电路它含有两个电压比较器，一个RS触发器，一个放电开关，比较器的参考电压由三只5千欧的电阻器构成的分压器提供。他们分别使高电瓶比较器A1的相位输入端和低电平比较器A2的反向输入端的参考电平为2/3V和1/3V。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自高电平触发输入并超过参考电平2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。3.2.3、555定时器构成多谐振荡器 555定时器构成多谐振荡器电路图如下图所示刚接通电源时，电容C两端电压，即引脚2和6输入为0，则电路输出为高电平。电容C开始充电，上升到时，三极管VTD导通。电容C通过VTD和电阻放电，逐渐减小，当下降到时，跳变为高电平，VTD截止。电容放电持续时间为： VTD截止后，电容C通过电源和及又开始充电，当上升到时，电路输出又跳变为0，从而通过电容C不断充放电实现矩形脉冲的振荡输出。同理可推得电容充电持续时间为： 所以输出脉冲周期为： T=四、参数计算4.1、稳压电源参数1，用稳压器W7805所制成的稳压源输出电压为5V2、用可调稳压器LM317所制成稳压电源输出电压U0为：U0=1.25（1R2/R1）当R2=0时，输出电压U0=1.25V随着R2的增加，输出电压不断增大，当R2达到最大10K时，输出电压达到最大为U0=13.75V.4.2、多谐振荡器参数充电时间T1=0.83ms放电时间T2=0.21ms输出脉冲周期T=T1+T2=1.04ms，输出脉冲频率f=0.962KHz五、Proteus仿真结果六、心得与体会在做这次实验设计之前，我查阅了很多关于555定时器的资料，我从资料中对于555定时器的内部结构、工作原理及其功能有了深入的了解，同时对于课本知识有了更深一步的了解和巩固。例如利用555定时器构成单稳态触发器实现延时、定时和整形的功能。此外，通过555定时的输入端Ui2和Ui1连在一起，作为触发信号的输入，即可构成施密特触发器，通过施密特触发器可将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿陡直的矩形脉冲信号，也可选择合适的回差电压将传输后发生波形畸变的脉冲的顶部干扰消除。 总之，通过这次的课程设计让我了解学会了很多的知识并且获得了许多宝贵的经验，为我以后的学习和实验打下了坚实的基础，同时也使我下定决心。以后更加努力学习书本知识，因为课本知识是理论到实践的基础！附录序号品名型号或规格数量1变压器220V、50Hz1个2二极管IN41489个3电解电容0.1uF4个4电解电容10uF4个5电容47uF1个6电容470uF1个7电阻2401个8电阻4.7K1个9电阻3.6 K2个10电阻3 K1个11电位器010 K1个12门铃专用按钮4引脚1个13蜂鸣器81个14中规模集成器件NE5551个15中规模集成器件78051个16中规模集成器件LM3171个参考文献1 阎有运，电工电子实践系列教程电子技术实践1版徐州：中国矿业大学出版社，20072 康华光，电子技术基础数字部分5版北京：高等教育出版社，20063 艾永乐，付子义数字电子技术基础1版徐州：中国电力出版社，20084 段九州，电源电路实用设计手册1版沈阳：辽宁科学技术出版社，20025 童诗白，徐振英现代电子学及应用北京：高等数学出版社199414