电子设计竞赛实验报告.docx

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实验报告

实验课程：

电子设计竞赛训练

上课时间：

学生姓名：

学号：

专业班级：

2018年4月24日

2012年省赛实验报告

1、题目

某县，有一个免费参观的“陶渊明故里纪念馆”，其入口与出口分道进出，且采用如同地铁的入口、出口的措施，确保单向通行。

在入口与出口处还设有红外检测、声响、累加计数器装置，当游人进（出）馆时，须穿过红外检测器。

凡有人进入检测区，立即发出清晰、响亮的声响“叮…当…，，，然后计数器自动加1。

这样，可自动统计每天的参观人数，同时当工作人员下班、闭馆前，先检查出、入口累加计数器的计录。

若出口计录小于入口计录数，说明馆内还有游人。

工作人员便发出通知。

直至出、入口计数器计录相等，工作人员便闭馆下班。

请参赛者在赛场提供的器材中，选取所需器材，利用传感器技术及模拟电路、数字电路知识，设计、制作一个能模拟完成上述入口（或出口）处的红外检测、声响、计数功能的电子作品，限于竞赛条件，累加计数器只用2位，即计数范围为“1-99"。

2、任务要求

1）红外检测部件间距：

可客人的中指缓慢穿过而不会碰及红外管，为此要求发射管与接收管工作面间距至少有25mm，即俯视看万能板，发射管与接收管的工作面，二者间至少相隔10个焊孔的距离。

2）手动清零：

进入工作状态前，先手动清零（复位），显“00"，再处于等待工作的状态（不是自动复位）。

3）声响要求：

“叮…当…”，．必须是清晰、响亮的双音（犹如门铃声），单音无效。

4）工作顺序：

必须先进入检测、再发出“叮…当…”声响，最后累加计数并显示计录结果。

彼此动作连贯，但能分清先后，当发．出“叮…”声时门闸打开，发出“当…”声时游人进门，计数显示。

：

_

5）扬声器固定在万能板上：

为防止作品在评审时出故障，扬声器必须固定在万台皂

板的元件面，可用IN4007多余的引线剪下后，一头从板的元件面穿过再焊在万能板上，

另一头（较长）留在元件面，往下压扣住扬声器，这样，一般有2根足矣。

6）电源输出用绿色发光管指示，红外管输出用黄色发光管指示。

3、设计方案

实验设计中要用到的主要的元器件有光耦合器、NE555、数码管、蜂鸣器、编码器、译码器、加法计数器、继电器、集成运放、三极管。

要实现计数首先要把由光耦合器由于受到光照的变化引起的信号变化收集，通过集成运放判断其电位高低，若出现高电位则将信号输入计数器。

并且在计数的同时将集成运放所得信号接入D2与继电器构成的放电回路的输入端，通过集成运放的输出信号的变化来改变555的输出频率，从而达到在计数时发出不同于不计数的声响。

所画仿真图如下

原理图

4、单元电路原理介绍

图一

1.图一中光耦合器输入端接电阻调节红外发射管的灵敏度，使得红外接收管与输出端分压。

当用手指挡住红外接收管时，红外接收管两端的电压高，此时LED指示灯D1亮，当手松开时，接收管两端的电压降低接近于0V，此时LED指示灯D1不亮。

如此循环计数。

（电路图中用开关断开表示用手指挡住红外接收管，开关闭合表示手松开）

图二

2.图二中集成运放LM358的作用是波形的整形，使得红外接收管的输出信号为规则的脉冲波，便于计数芯片计数。

图三

3.图三中开关与电容C2构成上电复位电路，利用电容对交流短路的特性，在上电的瞬间电容短路，电阻两端的电压即为电源电压，电容充满电后电阻两端电压即为0V，电容旁边的按键为复位按键，即为手动清零。

图四

4.实验中计数由图四中的CD4518完成，后面接CD4511驱动数码管显示数字，输入下拉电阻用于保持电路的稳定性。

取值10KΩ。

RN1RN2为数码管的限流电阻，一般取值500Ω。

图五

5.三极管Q1用于驱动继电器，D2与继电器构成放电回路，用于保护开关管。

继电器在此切换电阻，改变NE555的输出频率。

从而使得喇叭发出两种声音。

5、仿真结果

仿真结果开始运行，先按清零端手动清零，再改变光耦合器输入端开关状态，当开关闭合时，加法器不工作，数码管显示值不变，蜂鸣器发出声音一。

当开关断开时，加法器工作，数码管显示值较之前加1,蜂鸣器发出声音二。

在计数过程中随时可清零。

符合实验要求。

2013年省赛实验报告

1、题目

带有密码锁的8路信号电压自动巡测仪

2、任务要求

（1）直流稳压电源。

（2）密码锁按键设置。

四个按键摆成方阵，贴好编号①②③④。

（3）开锁方法。

要了解电压巡测，需先开锁。

用1-3-3法输入密码，“1”按一下③，“3”按三下①，“3”按三下②。

（4）上锁方法。

巡测电路退出工作，按一下④

（5）数显1-2-3-4-5-6-7-8循环。

开锁，巡测电路工作时，每一数字对应所测信号电压属于第几路。

（6）信号电压设置。

按1-8路顺序，信号电压逐级递增，不许为0且级间差值不小于0.5V。

（7）信号电压巡测。

1-8路信号电压在同一测试点可用万用表读取。

电压值对应数显1-8数字。

3、设计方案

本实验的设计思路要从解锁开始，任务要求解锁方式为用1-3-3法输入密码，“1”按一下③，“3”按三下①，“3”按三下②。

在设计时要明确：

按一下3的作用为清零，按3下1和3下2的作用为计数，所以可以用多个与非门将按键顺序所得结果转化为高电平驱动控制数码管的编码器工作。

上锁则可转化为对加法器清零。

4、单元电路原理介绍

图一

图一所示的电路为解锁上锁电路。

上锁过程中，通过“一三三”使两个加法器所接的与门输入信号都为高电平，再把两个与门的输出再相与得到结果接入下方的CD4511控制端BI从而实现对数码管的开锁。

上锁时只需按一下4即对加法器清零即使BI为零上锁成功。

图二

图二所示电路为巡测电路，所用原理是利用电容C3的充放电来实现在U4A的2口形成周期性的冲击信号，再经与非门与非后得到的信号送给CD4017作为时钟脉冲控制其计数

图三

图三所示电路为译码、显示电路中，由于数码管有共阴极数码管与共阳极数码管之分，所以驱动数码管的芯片也有一些不同，但大致原理都一致。

本实验采用的是共阴极的数码换，驱动的芯片是CD4511。

主要原理图如下图所示：

其中，电阻的作用是限制电流的大小，防止数码管中的发光二极管因为电流太大而烧坏，其大小根据计算大约在510Ω。

A、B、C、D四个端口接入的是编码电路的四个输出端。

这样就能使在CD4017正常计数时，数码管上依次显示1-8八个数字。

图四

图四为编码电路主要是为了对1-8八个数字进行二进制编码，从而利用芯片的功能进行二进制-十进制的转换，从而驱动数码管显示对应的数字。

编码电路有非常多的种类，本实验采用芯片CD4017与二极管来进行编码，这是一种比较古老的编码方式，但实际电路简单易懂，可操作性强。

利用CD4017芯片的特性来进行二进制编码。

电阻的阻值为100K。

图五

图五为电源模块，采用桥式整流滤波分设计，同时设计中采用7809与7805芯片参数需要的电压，输送给各个芯片和元件，在电源端外加LED来表示电源是否有正常工作。

5、仿真结果

按照要求进行解锁操作，解锁时按1和2的顺序改变不影响解锁。

成功解锁后电路开始循环计数，D7的二极管随脉冲的变化而闪烁，1-8个数字分别对应8个级别的电压，若要使电路停止工作，可对其上锁，即按一下开关四即完成上锁。

所得仿真结果与实验要求一致。

仿真图

2017年省赛实验报告

1、题目

参赛学生从赛场提供的元器中选取必要的一部分，设计并制作一个简易数控直流稳压电源。

用轻触按键设置输出直流电压值，电压值用共阴数码管显示。

2、任务要求

（1）基本部分

1）、用数码管显示当前直流电压值。

上电后初始值必须为：

“0”，输出电压亦为0v。

2）、用按键设置电压值。

电压值必须包含3v、5V与6v三档常用

值。

电压值误差要求小于5%。

按键使用数目不限制，电压值的设置

与改变（重设置）越简单越好。

3）、输出电压应具有一定的带负载能力，当设定输出电压为5v，

额定负载电阻为100欧时，带载电压比空载电压下降量不应超过1%。

（2）发挥部分

1）、电压设置增加4.5v档，数码管显示为4.5，初值显示0.0，其他三档分别显示为3.0、5.0、6.0。

2）、增设输出过流检测与提示功能，当设定输出电压为v时，负载电阻为50欧时，数码管不停地闪烁（未实现）

3、设计方案

首先应要考虑如何设计直流稳压电源，根据以往学过的知识可知，整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。

因题目要求数码管要显示四档电压值，所以在输出电压时通过设置4个四双向模拟开关来控制输出的电压的挡数。

在数字控制电路的设计中通过控制给CD4017的脉冲来控制计数器计数，将计数器设置成0-4循环计数，之后将输出信号分为分别用于显示数码管显示数字和控制稳压电源输出电压电路的基本部分要求与发挥部分1完成。

4、单元电路原理分析

图一

图一所示电路为滤波整流电路，，B1次级上端为正，下端为负，整流二极管D12和D14导通，电流经过D12、D14回到V3下端；电源负半周时，V3次级下端为正，上端为负，整流二极管D12和D13导通，电流由V3次级下端经过D14、D11回到V3上端。

电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。

在脉动直流波形的上升段，电容C6充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；在脉动直流波形的下降段，电容C6放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。

在C6还没有完全放电时再次开始进行充电。

这样通过电容C6的反复充放电实现了滤波作用。

图二

图二所示电路为可调输出电路，通过4个CD4066分别控制输出电压的大小从而实现四档调节，原理时给CD4066串联不同阻值的电阻即改变电源内阻从而实现改变输出电压。

图三

图三所示电路为数字控制电路，数字控制电路的核心是CD4017十进制计数器。

计数器数字输出的加是由C3下的开关按键组成，按下开关按钮键，产生的输入脉冲输入到处CD4017的CP端，以便控制CD4017的输出作加计数计数。

计数器从0-4循环计数。

图四

图四所示电路为数码管显示电路，通过CD4511译码器输出计数器在0-4时对应的电压值，0时对应电压为0，1时对应电压为3，2时对应电压为4.5，3时对应电压为5，4时对应电压为6。

数字显示由两个数码管共同完成，上方数码管显示个位，下方数码管显示十分位。

5、仿真结果

启动仿真按钮，数码管初始状态为0，要改变输出电压的输出值，通过按下C3下的开关按键来实现由0-6V输出电压的改变。

输出电压为5v，额定负载电阻为100欧时，带载电压比空载电压下降量不超过1%。

任务基本要求满足，但电路无法实现发挥部分的第二点即增设输出过流检测与提示功能，当设定输出电压为v时，负载电阻为50欧时，数码管不停地闪烁，仿真结果与预期有差距。

实验器材中的555是用来形成数码管闪烁效果的。

仿真图