1、数模混合课程设计实验报告完成 数 模 混 合 课 程 设 计 (电压比较声光报警系统)指导教师:XXX学生姓名:XXX专业:XXXXXX学号:XXXXXXXXXX日期 一、课程名称:电压比较声光报警系统二、实验摘要:本次设计是由以下几个功能模块组成:电源电路线性整流稳压电路;模拟电路电压比较器;数字电路声音报警和光电报警。实现了当电压超过基准电压时的声光报警。三、基本要求:1、根据设定的基准报警电压(要求可调)。当输入电压超出报警值时发出声和光报警信号。2、当输入电压信号减小恢复到报警值以下时,要求有一定的回程余量才能撤销报警信号。也就是要实现电压信号的迟滞比较功能。(电压迟滞带宽度要求可调)
2、3、LED灯闪烁报警,要求可以调节闪烁频率四、设计内容及要求: 【1】、设计内容:设计一个利用线性整流稳压电路输出数字电压和模拟电压供电、模拟部分产生电压比较、数字部分实现声光报警等。 图一、设计总框架【2】、各部分设计要求:1、线性整流稳压电路(1)要求提供输出数子电压+9.0V同时输出模拟电压+9.0V的电源。(2)电路中有一个只是信号灯,当电路正常工作时,此灯点亮。(3)该稳压电源可供各部分电路正常工作2、数字电路部分设计要求(1) 设计一个有报警闪光灯和报警声响的电路,当输入电压超过基准电压能够实现报警LED灯闪烁和蜂鸣器鸣响。(2) 报警LED灯的闪烁频率由555定时器产生,555定
3、时器由线性稳压电源数字+9.0V供电,输出一个额定频率。3、模拟电路部分设计要求(1)设计一个基准电压源,能够可调成所需基准值,为电压比较作基准。(2)设计一个电压比较电路,输入电压值能够与基准电压进行比较,当输入电压从低电压升高到高于基准电压立即报警,而当输入电压从高电压降低到基准电压不立即报警,而是低至基准电压一下莫个特定值,即实现电压信号的迟滞比较功能。【3】数字电路与模拟电路的结合电路: 为了防止数字电路信号干扰模拟电路信号,因此模拟电路转入数字电路时需要一个中介,实现模拟电路免受数字电路的干扰。五、各部分电路设计原理与电路原理图【1】电源电路线性稳压电源电路 外部电源由J1进入,外部
4、输入一个+12V电压,输入电压经过LM7809后输出稳定的+9.0V数字电压,再经电感L1,转换成模拟电压+9.0V。当电路能够正常工作时,LED指示灯D3点亮。【2】模拟电路部分首先,此电路由TL431A三端可编程并联稳压二极管输出一个基准电压,经电压比较器LM311对输入电压与基准电压进行比较;比较后再由LM311输出端反馈到输入端,以此形成一个滞后区间电压;即,当输入电压比基准电压低时,进行比较,输入电压高于基准值时,输出变化,反馈回输入端,此时,基准电压比之前降低,以此形成滞后区间。电路中,R8、R12、TL431A对输入模拟电压进行分压,形成基准电压,输入至LM311的2端;然后可变
5、电阻R15对输入比较电压进行调节,调节后输入至LM311的3端,经比较后向后传送。TL431的一脚的电压为:U=Vref(R9+R13)+Iref*R9=2.5V;LM311的2脚的输入电压为2.5*4/5=2V;即lm311的参考输入电压。【3】数字电路部分 首先,模拟部分与数字部分之间用一个光耦合器pc817进行连接。在电路之间的信号传输,pc817使之前端与后端完全隔离,以增加电路的安全性,较少电路干扰,在这里避免模拟部分对数字部分的干扰。当pc817的输出端两端导通时,数字部分电路开始工作。蜂鸣器开始响,LED开始闪烁。LED的闪烁频率由555定时器控制。555定时器工作原理:通电后:
6、通过,对电容C进行充电,充电时间为。当电解电容电压:;此时,复位无效,电容工作;当电解电容电压时:,即输出保持原状态不变,当电解电容电压时:,则电容经过放点,放电时间。此时复位端,复位有效,则电容输出为低电平,蜂鸣器不工作。由此得出555定时器的周期T=0.7(R1+2R2)C;频率:f=1/T=1/0.7(R1+2R2)C=1/(2*24000+24000)*0.000001=13.8Hz。六、总体电路原理图:器件清单七、PCB制作: 首先对原理图进行电气ERC检测再生成网络表,然后加载网络表,并对PCB进行手动布局与布线;按照PCB绘制要求进行设计规则的设置,对线宽设置不得小于40mil,
7、地线与电源线比信号线要稍宽,在进行安全间距的设置。设置完成后进行手动布局,尽量按照原理图布局进行布局,形成模块化;布局完成后在进行手动布线,按照规则进行布线,在布线过程不能布通的情况下放置跳线。PCB布线与布局八、调试:调试的方法:1.将待调试电板按正负极接好,要求使用+5V直流电源,负极接地;2.接通电源开关,观察二极管是否正常工作,蜂鸣器是否正常工作。若不正常,检查练练,正负极是否接反,连接是否良好等;3.旋转,观察二极管闪烁频率是否有变,若无变化,检查是否损坏,是否连接良好;4.保持不变,旋转,观察蜂鸣器音调是否高低变化,若无变化,检查是否损坏,连接是否良好;5.将输出端引出,接到示波器,观察输出波形,并记录;6.调试结束,关闭电源。
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