电子技术课程设计.docx
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电子技术课程设计
课程设计说明书
课程名称：
电子技术课程设计
专业：
测控技术与仪器班级：
073052
姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
完成日期：
2009年1月14日
任务书
题目：
楼道触摸延时节能灯
设计内容及要求：
设计触摸延时开关式节能灯，手触摸开关的感应金属片后，灯立即点亮。
人通过楼道一定时间后，灯自动熄灭。
设计要求
1、设计出楼道触摸延时节能灯的电路图。
2、说明电路的组成结构和电路的工作原理。
3、计算满足要求的各元器件的数值及选择的实际元件的型号。
4、用元件连接成电路，并调试成功。
5、研究灯点亮延迟时间的调整。
列出灯点亮延迟时间10秒、30秒、60秒、90秒、120秒、180秒时，有关元件的数据。
设计环境：
在面包板上用元件连接电路，并用实验室的仪器进行调试。
实现目标：
1、完成电路的连接，并调试成功。
2、完成课题研究内容。
任务书
题目：
声控闪光电路
设计内容及要求：
设计声控闪光电路。
声音控制灯的闪光，灯的闪光随声音的强度改变亮度和闪光时间。
设计要求：
1、设计出声控闪光电路的电路图。
2、说明电路的组成结构与工作原理。
3、计算满足要求的各元器件的数值及选择的实际元件的型号。
4、用元件连接成电路，并调试成功。
设计环境：
在面包板上用元件连接电路，并用实验室的仪器进行调试。
实现目标：
完成电路的连接，并调试成功。
任务书
题目：
彩灯循环显示电路
设计内容及要求：
设计彩灯循环显示电路。
控制十只彩灯顺序轮流点亮，并且一直循环。
暂停按钮控制循环停止与循环继续。
设计要求
1、设计出彩灯循环显示控制电路的电路图。
2、说明电路的组成结构和电路的工作原理。
3、计算满足要求的各元器件的数值及选择的实际元件的型号。
4、用元件连接成电路，并调试成功。
5、研究循环速度的调整方法。
设计环境：
在面包板上用元件连接电路，并用实验室的仪器进行调试。
实现目标：
1、完成电路的连接，并调试成功。
2、完成课题研究内容。
任务书
题目：
抢答器
设计内容及要求：
设计抢答器电路。
抢答器有四路输入，抢答器有复位功能，最先抢答一路为红灯显示和声音显示，同时互锁其它各路输入。
设计要求：
1、设计出抢答器的电路图。
2、说明电路的组成结构与工作原理。
3、计算满足要求的各元器件的数值及选择的实际元件的型号。
4、用元件连接成电路，并调试成功。
5、研究如何加入抢答显示功能，用数码管显示第几路优先抢答。
设计环境：
在面包板上用元件连接电路，并用实验室的仪器进行调试。
实现目标：
1、完成电路的连接，并调试成功。
2、完成课题研究内容。
1楼道触摸延时节能灯
1.1总体方案的选择
三个组成部分：
触摸感应电路，开关电路和定时电路。
1.1.1触摸感应电路的选择
VT1为NPN，VT2为NPN，当M端悬空时，电信号为低电平，VT1，VT2处于截止状态；当M端导通，电信号为高电平，VT1处于放大状态，VT2处于饱和状态。
电路如图1.1所示：
图1.1触摸感应电路图
1.1.2开关电路的选择
VT3为PNP型三极管，悬空时VT3处于截止状态。
导通时，VT3处于饱和状态。
电路如图1.2所示：
图1.2开关电路图
1.1.3定时电路的选择
由电容C，R2和R3组成。
电路如图1.3所示：
图1.3定时电路图
1.1.4触摸延时开关的整体电路
把以上选择的各部分电路组合，就是确定的触摸延时开关的整体电路，如图1.4所示：
图1.4触摸延时开关电路图
1.2电路的工作原理
触摸感应电路的作用是将人体触摸转换成电信号，无触摸时电信号为低电平，有触摸时电信号为高电平。
人体本身带有一定电荷，当人的手接触导体时，这些电荷就经人体转移到导体上，形成瞬间的微弱电流。
这一微弱电流经过三极管放大后，就可以控制较大的负载开关动作。
此电路是由金属片M，三极管放大RC延时及三极管开关电路构成的触摸延时电路。
VT1和VT2组成直接耦合的两级放大电路，VT3构成开关电路。
当无触摸时，电信号为低电平，金属片M和限流电阻R6接在VT1的基极，当悬空时，VT1的发射结反偏，集电结反偏,所以VT1处于截止状态,VT2的发射结反偏，集电结反偏,VT2处于截止状态，因此VT3也截止，LED中无电流流过而不发光。
当人手触摸金属片M时，电信号为高电平,人体电荷经R6流入VT1基极，VT1迅速导通将此瞬间电流放大后驱动VT2饱和导通，使VT2的集电极电位降为低电平，并使VT3也随之导通，LED中有电流流过而发光。
此时，VT1的发射结正偏,集电结反偏,所以VT1处于放大状态,VT2的发射结正偏,集电结正偏,所以VT2处于饱和状态。
VT3同理VT2，处于饱和状态。
在VT2瞬间饱和和导通的同时，集电极电流对电容C快速充电至接近12V，但瞬间电流消失后，VT1和VT2截止，由于C分别与R3和VT3发射结及R2构成放电回路的时间常数较大，使C所储存的电荷放电比较慢，VT3在一段时间内仍保持导通，LED继续发光，知道VT3的集电极电流减小到不足以使LED发光。
VT3导通的延迟时间主要由R2，R3和C的大小决定。
如要进一步增大延迟时间，可加大C容量。
除上述主要因素外，VT2的β值大小.空气的适度对延迟时间也有影响，为保触摸时VT2迅速饱和，VT2管选择β值大的9013。
在实际应用中，用继电器.可控硅等执行原件取代R4，R5和LED，就可控制较大的负载。
1.3元件的计算及选择
1.3.1触摸感应电路元件的选择
（1）三极管的选择
为提高感应电路的灵敏度,VT2应选
高的三极管；VT1选择穿透电流（ICEO）小的三极管，否则不触摸时，也会使VT2导通工作。
（2）电阻的选择
R2应尽量大，这样才能使当有微弱的触摸信号时电路就达到饱和。
R2也是组成放大回路的元件，所以R2必须很大，R2取2.2MΩ。
VT2的集电极临界饱和电流:
Ics=Ucc/
=12/2200=0.005mA（1.1）
VT2的基极临界饱和电流:
IBS=Ics/β=0.005/100=0.05µA（1.2）
为保证VT1顺利导通，放大感应电流，并使其工作在放大状态，所以R1取值1KΩ，R6起保护作用，取1M
。
1.3.2开关电路元件的选择
（1）发光二极管的驱动电流
发光二极管的工作电流为5-10mA，导通压降为2-3V，R5为限流电阻约为300Ω。
（2）为使VT3导通时能向发光二极管提供足够的驱动电流，VT3由截止转换为饱和，R4应取足够大，约为51KΩ。
（3）VT3导通时，ICS为发光二极管的驱动电流10mA。
IBS=Ics/β=10/100=0.1Ma（1.3）
IB≥IBS时，保证VT3饱和导通，IB取0.11mA
R3=（12-0.6-0.3）/0.11≈100KΩ（1.4）
1.3.3定时电容的选择
电容的放电回路为R2，R3与C组成。
时间常数为：
（1.5）
当时间为
时,电容基本放电完毕，
C=30/3（R2//R3）≈105µF（1.6）
取C=100µF。
1.4元件表
表1.1触摸延时开关元件表
元件名称
符号
型号
数量
三极管NPN
VT
3DG6
1
三极管NPN
VT
9013
1
三极管PNP
VT
9012
1
电阻
R1
1KΩ
1
电阻
R2
2.2MΩ
1
电阻
R3
100KΩ
1
电阻
R4
51KΩ
1
电阻
R5
300Ω
1
电阻
R6
1MΩ
1
电阻
R7
1KΩ
1
电解电容
C
100
/16V
1
发光二极管
LED
任意
1
1.5组装与调试
1.5.1触摸感应电路的组装与调试
首先连接VT1，VT2，R1，R2，R6，R6悬空端连接一段导线代替金属片M。
接电源后，用电压表测量VT2的集电极电位，在手触摸M前后的变化，手触摸M前为高电平，手触摸M后为的电平。
1.5.2开关电路的组装与调试
前步调试好后，断开电源。
再连接VT3，R3，R4，R5，LED通电后，用手触摸M，LED应点亮。
1.5.3定时电路的组装与调试
前步调试好后，断开电源。
最后连接C。
通电后，用手触摸M，LED点亮后持续一段时间后熄灭。
1.6灯点亮延迟时间调整的研究
（1）论述灯点亮延迟时间与哪些元件有关？
答：
调整元件C、R2，R3将影响灯点亮延迟时间。
（2）列出LED点亮延迟时间10S，30S，60S，90S，120S，180S时，R2=3MΩ，R3=150KΩ元件取值的测试数据，见表1.2所示：
表2.2元件取值表
C
R3
R2
延迟时间
20μF
150KΩ
3MΩ
10s
60μF
150KΩ
3MΩ
30s
120μF
150KΩ
3MΩ
60s
180μF
150KΩ
3MΩ
90s
240μF
150KΩ
3MΩ
120s
360μF
150KΩ
3MΩ
180s
2声控闪光电路
2.1总体方案的选择
声控闪光电路包括三个组成部分：
发声电路、控制电路、发光电路。
2.1.1发声电路的选择
发声电路的作用是将人的声音信号转化为相应的电信号，然后经电容C1送到电路中，完成此功能只要一个电阻和一个电容。
电路如图2.1所示：
图2.1发声电路图
2.1.2控制电路的选择
控制电路的作用是把电信号经电容C1送至三极管VT1基极进行放大VT1、VT2组成两级直耦式放大器，选取合适的R2与R5使无声波信号时VT1刚好处于导通状态，VT1集电极即VT2基极为低电平有声波信号后就有音频信号注入VT1的基极，其信号负半周就使VT1退出饱和区其集电极即VT2基极电位升高，VT2导通。
电路如图2.2所示：
图2.2控制电路图
2.1.3发光电路
发光电路的选择是无声波信号时，发光二极管不亮，光接受到声波信号后发光二极管就点亮发光。
电路如图2.3所示：
图2.3发光电路图
2.1.4声控闪光电路的电路
把以上选择的各部分电路组合，就是确定的声控闪光电路，如图2.4所示：
图2.4声控闪光电路图
2.2电路的工作原理
声控闪光电路主要由拾音器，晶体管两极直接耦合放大电路和发光二极管等构成。
静态时，VT1处于临界饱和状态，
=0.3V，Vbe2=0,所以VT2截止，那么
＝Vcc，所以LED不发光。
R1给电容话筒MIC提供偏置电流，当话筒拾取室内环境中的声波信号后即转为相应的电信号，经电容R1送至VT1基极进行放大。
VT1、VT2组成两级直接耦合放大电路，电路虽然简单，但设计巧妙。
选取合适的R2、R5，使无声波信号时，就有音频信号注入VT1的基极，其信号的负半周将使VT1退出饱和，VT1的集电极即VT2的基极电位升高，VT2导通，LED点亮发光。
当输入音频信号较弱时，不足以使VT1退出饱和区，LED仍保持熄灭状态。
只有信号较强时，发光二极管才点亮发光。
所以，LED能随着环境声音（如音乐）信号的强弱起伏而闪烁发光。
2.3元件的计算及选择
2.3.1发声电路的选择
只需微型MIC和使交流信号通过的电容R1，取4.7K和C1取1
。
2.3.2控制电路的选择
（1）三极管的选择
为使声控闪光电路的灵敏度高，VT1应选择
值高的三极管VT2选择穿透电流小的三极管，否则没有声音的时候VT1也将退出饱和状态。
（2）电阻的选择
为使声控闪光电路可靠的工作只要有微弱的声音VT1就到达饱和状态，电阻R2必须很大所以选1MΩ。
VT1的集电极饱和电流
（2.1）
为使VT1工作在放大状态所以R3选10KΩ，R4起分压的作用几KΩ范围内即可，所以选4KΩ。
2.3.3发光电路的选择
发光二级管的工作电流为5-10mA，导通压降为2-3V为使VT2导通时能向发光二极管提供足够的驱动电流并使VT2很容易由截止转换成饱和状态，R3取10KΩ。
2.4元件表
表2.1声控闪光电路
元件名称
符号
型号
数量
电阻
R1
4.7KΩ
1
电阻
R2
1MΩ
1
电阻
R3
10KΩ
1
电阻
R4
4KΩ
1
电容
C1
1
1
电容
C2
47
1
三极管
VT1
9013
1
三极管
VT2
9013
1
发光二极管
LED
任意
2
麦克
MIC
任意
1
2.5组装与调试
2.5.1发声电路的组装与调试
麦克的灵敏度和三极管的放大倍数
值是有一定的离散性的，离话筒0.5米左右，用普通大小声音讲话。
2.5.2控制电路的组装与调试
通电后先测试VT1的集电极电位，使其在0.2-0.4V之间，如果该电压太低，则施加声音信号后，VT1不能退出饱和，VT2则不能导通；如果该电压超过VT2的死区电压，则静态时VT2就导通。
2.5.3发光电路的组装与调试
连通电源后，发现发光二极管并没有发光，先用万用表检测发光二极管有没有损坏，若没有，在检测发光二极管的正负有没有接反。
待发光二极管亮了以后，发现它并没有因为声音的大小而引起发光二极管的变化，于是又用万用表测了扬声器有没有坏，也没坏；检查电路是否都导通。
用万用表连接扬声器的一端，扬声器没有响，说明没有焊接好，重焊，在检测。
最后当人的说话声低于一定值时，彩灯不亮；当人的说话高低于一定值时，彩灯会随着声音的有无而不断的闪烁。
说明设计完成。
2.6对本题目的研究内容
（1）针论述灯点亮延时时间与哪些元件有关？
答：
调整元件C、
、
将影响灯点亮延迟时间。
（2）对该电路的看法
答：
声控闪光电路是通过改变声音的大小和电路中电阻的阻值来完成的。
由于R2的阻值交大，所以我们可以改变的R2阻值，为了方便起见可以在其中接滑动变阻器RP，将RP从小到大慢慢改变，观察现象。
3彩灯循环显示电路
3.1总体方案的选择
三个组成部分：
振荡电路，计数器／译码分配器，显示电路。
3.1.1振荡电路的选择
主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。
因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高
低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号，如图3.1所示
图3.1555定时器组成的振荡电路图
3.1.2计数器/译码分配器的选择
计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。
在此电路中采用十进制计数／分频器CD4017，它是一种用途非常广泛的电路。
其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。
CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。
设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-O9。
每输入10个计数脉冲，～O5-O9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。
图3.2CD4017引脚图
3.1.3显示电路的选择
主要由发光二极管组成，如图3.3所示。
当CD4017的输出端依次输出高电平时,驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。
发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66v左右，电流在5mA左右。
彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。
R、C构成微分电路，用于上电复位。
如有兴趣也可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯，这样循环起来就更加好看了。
图3.3CD4017与发光二极管组成的显示电路
3.1.4彩灯循环显示电路
把以上选择的各部分电路组合，就是确定的彩灯循环电路，如图3.4所示：
图3.4彩灯循环电路图
3.2电路的工作原理
通电后
电容经
，
充电，当大于2/3Vcc时，放电管导通，开始放电；当
上的电压小于1/3Vcc时，放电截止。
电容
又开始充电。
OUT从1→0→1振荡起来。
放电回路：
Vcc→
→
→
τ＝0.7（
//
）（3.1）
放电回路：
→
→放电管的集电极
（3.2）
IC是一块十进制计数分频器CD4017数字集成电路，当CP端不断输入计数脉冲时，其输出端QO一Q9将会依次输出高电平，从而使晶闸管依次开通，所以彩灯VL1－VL10就会依次循环点亮，在视觉上就能形成流动感。
时钟脉冲发生器由555时基集成电路IC组成，用555构成多谐振荡器，是自激振荡电路，只要接通电压便可起振输出矩形脉冲信号，它只有两个整态，没有稳态，输出脉冲由第3脚输出直接送人IC的CP端，即第14脚，作为IC的计数脉冲。
3.3元件的计算及选择
3.3.1振荡电路元件的选择
用CC4011与非门和0.01uF的小电容与68KΩ的小电阻构成RC振荡电路。
其中CC4011的电压范围为3-15v,输入电压为0-VDDv.
3.3.2计数器/译码分配器元件的选择
计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。
在此电路中采用十进制计数／分频器CD4017，它是一种用途非常广泛的电路。
其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。
CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。
设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-O9。
每输入10个计数脉冲，～O5-O9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。
3.3.3显示电路元件的选择
彩灯循环的周期T
Twh=0.7（R1+R2）*C（3.2）
Twl=0.7R2*C（3.3）
T=Twh+Twl=0.7（R1+2R2）*（3.4）
3.4元件表
表3.1彩灯循环显示电路元件表
元件名称
符号
型号
数量
电阻
R1
10K
1
电阻
R2
100K
1
电阻
R3
18K
1
电阻
R4
300Ω
1
电容
C1
4.7
1
电容
C2
0.01
1
电容
C3
0.1
1
开关
SB
1
发光二极管
VL1~10
10
555定时器
NE555
1
计数器
C4017
1
3.5组装与调试
3.5.1振荡电路的组装与调试
按多谐振荡电路工作的原理图接好。
接通电源，看多谐振荡电路是否正常工作，如果不工作检查RD端是否接高电平，RD端只有接高电平时555才工作。
3.5.2计数器/译码分配器的组装与调试
选用CD4017十进制计数器来进行十个彩灯的循环。
3.5.3显示电路的组装与调试
前步调好后断开电源，按计数器CD4017的工作原理图把十只发光二极管接入电路中，通电后，十只发光二极管循环点亮。
3.5.4电路调试的注意事项
第一：
测试之前要熟悉各种仪器仪表的使用方法，并仔细检查，避免由于仪器仪表使用不当或出现故障而作出错误的判断；
第二：
测试过程中，发现器件或接线有问题时，应首先切断电源，并作出相应的处理，检查无误后才能从新通电；
第三：
测试仪器仪表和被测电路应具有良好的共地。
只有使仪器仪表和电路之间建立一个公共地参考点，测试的结果才准确；
第四：
测试过程中，不但要认真观察和检测，还要认真记录；
第五：
安装调试应具有严谨的科学作风和态度。
3.5.5故障分析与处理
在电子技术课程设计和工程实践中，电路故障常常是不可避免的，分析故障现象和解决故障问题可以大大设计人员的实践和动手能力，首先要通过对原理图的分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测试找出故障所在区域，然后根据该区域的原理在进行测量和分析，找出故障原因。
如果是原来正常运行的设备出现故障，起原因可能是元件损坏造成，或者发生局部短路或开路，也可能是使用条件发生变化影响电子设备的正常运行。
1．测试中常见的故障原因
a.实际电路与设计的原理图不符
b.元件不当
c.设计原理不满足要求
d.操作不当
2．查找模块内部故障的基本步骤如下：
第一步：
检查用于测量的仪器仪表是否适当；
第二步：
检查安装的线路与原理图是否一致；
第三步：
测量元件的电压；
第四步：
断开故障输出端负载，检查是否由于负载原因造成的故障；
第五步：
检查元件是否使用正确或已经损坏。
4四路抢答器
4.1总体方案的选择
4.1.1四路抢答器总体方案的设计
抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。
即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用发光二极管把选手的编码显示出来，接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。
选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
4.1.2四路抢答器的四个组成部分
抢答电路,自锁电路,报警电路,时序控制电路。
4.1.3抢答电路的选择
该电路完成两个功能：
一是分辨出选手按键的先后，并锁定优先抢答者的编号，同时发光二极管显示电路显示抢答的选手；二是要使其他选手随后的按键操作无效。
其工作原理为：
当主持人控制开关处于“清除”时，CP
端为低电平，四个输出端全被封锁在低电平，于是显示器灭灯,此时锁存电路不工作。
当主持人将开关SB拨到“开始”时优先编码器和锁存器同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待编码器的四个输入端输入信号。
当有选手按键时，CC4042的输出经译码后，对应的发光二极管显示所按键选手。
其他选手按键的输入信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。
当选手回答完毕，主持人控制开关SB是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
电路如图4.1所示：
图4.1抢答电路原理图
4.1.4自锁电路的选择
CC4042的四个锁存器电路，由公共时钟选通，每个电路有互补缓冲输出，所有输出电特性一致，输入端的数据在由M选择的CP电平期间传送至Q，输出端，当M＝0，在0CP电平期间传送；M=1，为1CP电平期间传送，在
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