電子技術課程設計

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　題 目 電子技術課程設計 </p><p>　　專業(yè)、學號 </p><p>　　授課班號 </p><p>　　學生姓名 </

2、p><p>　　指導教師 </p><p>　　完成時間 2012年6月22日 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次課程設計的設計課題是《小功率（12VDC）降壓穩(wěn)壓器的設計》及《四路搶答器的設計》，實質是屬于數(shù)字電路部分的內(nèi)容。</

3、p><p>　　小功率降壓穩(wěn)壓器，使用繼電器，比較器393以及穩(wěn)壓芯片LM317，實現(xiàn)輸入電壓小于12V時，輸出12V，輸入大于12V,繼電器跳轉，穩(wěn)壓芯片工作，以后隨著輸入電壓的增大，輸出穩(wěn)壓在12V，達到降壓穩(wěn)壓的功能。</p><p>　　四路搶答器主要使用了74LS148， 74LS48,74175，74160等一些集成芯片，以及七段數(shù)碼顯示管，555定時電路，發(fā)光二極管等，實現(xiàn)當節(jié)目

4、主持人啟動“開始”鍵后，定時器立即加計時，搶答指示燈亮，參賽選手搶答有效；10s后定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號，停止指示燈亮，停止搶答，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止的功能。</p><p>　　【關鍵詞】小功率降壓穩(wěn)壓器 四路搶答器 定時電路</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Curric

5、ulum design of this design topic is "small power (12VDC) buck regulator design" and "four way Responder design", essence is belongs to the digital circuit part. Small power step-down voltage regul

6、ator, relay, comparator 393 and voltage stabilizing chip LM317, realize the input voltage is less than 12V, output 12V, input is greater than 12V, relay jump, voltage stabilizing chip, with the subsequent increase in inp

7、ut voltage, output voltage in 12V, achieve the buck regulator function. </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 小功率（12VDC）降壓穩(wěn)壓器 ****************************1</p><p>　　1.1設

8、計目的和設計要求 *************************************** 1</p><p>　　1.1.1設計目的 *********************************************1</p><p>　　1.1.2設計要求 *********************************************1</p>

9、<p>　　1.2降壓穩(wěn)壓器整體分析 *************************************** 1</p><p>　　1.2.1總體設計思想 ******************************************1</p><p>　　1.2.2降壓穩(wěn)壓器工作原理 *************************************2&

10、lt;/p><p>　　1.3功能模塊設計 ********************************************* 2</p><p>　　1.3.1 LM317穩(wěn)壓模塊 *****************************************2</p><p>　　1.3.2 LM393比較模塊 *********************

11、******************* 3</p><p>　　1.3.3繼電器模塊 ******************************************* 3</p><p>　　1.3.4各個模塊的連接 ****************************************4</p><p>　　2 四路搶答器 ************

12、***********************************5</p><p>　　2.1設計目的和設計要求 *************************************** 5</p><p>　　2.1.1設計目的 *********************************************5</p><p>　　2.1.2

13、設計要求 *********************************************5</p><p>　　2.2四路搶答器整體分析 ****************************************6</p><p>　　2.2.1總體設計思想 ****************************************** 6</p>&

14、lt;p>　　2.2.2四路搶答器工作原理 *************************************6</p><p>　　2.3功能模塊設計 ********************************************* 7</p><p>　　2.3.1 時鐘信號產(chǎn)生模塊 **************************************7

15、</p><p>　　2.3.2鎖存互鎖及顯示模塊 ************************************ 7</p><p>　　2.3.3計時模塊 ********************************************* 9</p><p>　　2.3.4復位模塊 *******************************

16、************** 9</p><p>　　2.3.5各個模塊的連接 ****************************************9</p><p>　　3 課程設計總結 ********************************************10</p><p>　　3.1 實際安裝調(diào)試電路時遇到的問題及解決方案 **

17、********************10</p><p>　　3.2課程設計心得體會 *****************************************10</p><p>　　1 小功率（12VDC）降壓穩(wěn)壓器</p><p>　　1.1設計目的及設計要求</p><p><b>　　1.1.1設計目的<

18、/b></p><p>　　在平時的生活中或試驗中，有些用電器只需要12V以下的電壓，有時出于實驗目的的考慮，我們也需要接入12V的穩(wěn)壓。而小功率降壓穩(wěn)壓器既可以實現(xiàn)上述功能。當輸入電壓小于12VDC時，輸入電壓與輸出電壓相同，即直通，當輸入電壓大于12V時，輸出電壓應不大于12VDC，輸入電壓范圍是（6-20VDC），適用于負載變化且需要穩(wěn)壓的場合，考慮如何擴流以滿足大電流且電壓波動較大的場合。本課題的主

19、要目標就是通過設計與制作，完成制作一個小功率降壓穩(wěn)壓器，直觀的理解和體會其穩(wěn)壓功能的實現(xiàn)。</p><p><b>　　1.1.2設計要求</b></p><p>　　當輸入電壓小于12VDC時，輸入電壓與輸出電壓相同，即直通，當輸入電壓大于12V時，輸出電壓應不大于12VDC，輸入電壓范圍是（6-20VDC），適用于負載變化且需要穩(wěn)壓的場合，考慮如何擴流以滿足大電流

20、且電壓波動較大的場合。</p><p>　　1.2降壓穩(wěn)壓器整體分析</p><p>　　1.2.1總體設計思想</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　如圖1-1是整體的框圖結構。由穩(wěn)壓模塊，繼電器模塊，比較器模塊組成。</p><p>　　1.2.2降壓穩(wěn)壓器工作原理

21、</p><p>　　小功率降壓穩(wěn)壓器由一系列功能單元組成，從原理圖的系統(tǒng)結構可以看出，整個系統(tǒng)可以分為三部分，由LM317穩(wěn)壓部分，LM393比較部分，繼電器部分組成。輸入電壓小于12v時，電壓比較器同向端小于反向端（反向端接5v穩(wěn)壓管，所以反相端總是5v），比較器393輸出低電平，三極管不導通，繼電器不跳轉，繼電器3腳與5腳接通，輸出電壓就是輸入電壓。當電壓大于12V時，電壓比較器同向端大于反向端（通過調(diào)節(jié)同

22、向端得電位器使得同向端得電壓大于5v），比較器393輸出高電平，三極管導通，繼電器跳轉，繼電器4腳和8腳接通，電壓開始通過LM317，然后通過調(diào)節(jié)LM317out端和gnd端得電位器使電壓穩(wěn)在12v左右。從而實現(xiàn)其功能。</p><p><b>　　1.3功能模塊設計</b></p><p>　　小功率降壓穩(wěn)壓器由一系列功能單元組成，從的系統(tǒng)結構可以看出，整個系統(tǒng)可以

23、分為三部分，由LM317穩(wěn)壓部分，LM393比較部分，繼電器部分組成。</p><p>　　1.3.1 LM317穩(wěn)壓模塊</p><p>　　集成穩(wěn)壓器LM317是穩(wěn)壓模塊的核心器件，它和圖中的R7以及R8一起組成了輸出可調(diào)的穩(wěn)壓電路，輸出電壓計算公式為Vout=1.25（1+R8/R7）。</p><p><b>　　圖1-2</b><

24、;/p><p>　　1.3.2 LM393比較模塊</p><p>　　比較模塊用于判斷輸入電壓是否高于12VDC。主要器件是集成比較器件LM393和5.1V的穩(wěn)壓二極管。</p><p>　　模塊的電路如圖1-3所示，比較器的2腳電壓即為穩(wěn)壓二極管負端的電壓，電流正常時大概為5.1V，3腳的電壓是R6上部分的電阻所分電壓，可由V=R6*Vin/R4計算得出。由于輸入1

25、2VDC是一個臨界值，所以在Vin為12VDC時應把比較器2、3腳的電壓調(diào)到一致。</p><p><b>　　圖1-3</b></p><p>　　1.3.3繼電器模塊</p><p>　　如圖1-4所示，繼電器模塊根據(jù)比較模塊的輸出，來選擇電壓輸出是輸入電壓還是穩(wěn)壓電壓。</p><p>　　圖中NPN型三級管起到了

26、開關作用，當電壓高于12V時，比較器輸出高電平，即三極管的基極端電壓為高，三極管導通，繼電器的線圈得電，繼電器動作，使得輸出端接到穩(wěn)壓芯片LM317的輸出端，輸出電壓為12VDC；當電壓低于12V時，比較器輸出為低電壓，即三極管的基極端接為低時，三極管截至，繼電器沒有得電，保持原來的連接，輸出電壓為輸入電壓。 </p><p><b>　　圖1-4</b></p><p&

27、gt;　　1.3.4各個模塊的連接</p><p>　　將比較器的輸出端接到NPN三極管的基極，并加限流電阻和上拉電阻。將經(jīng)過二極管的電壓接到繼電器的5端，經(jīng)過穩(wěn)壓模塊的Vout接到繼電器的4端。總體的原理圖見附錄。</p><p><b>　　2 四路搶答器</b></p><p>　　2.1設計目的和設計要求 </p><

28、;p><b>　　2.1.1設計目的</b></p><p>　　1.掌握四人智力競賽搶答器電路的設計、組裝與調(diào)試方法。</p><p>　　2.熟悉數(shù)字集成電路的設計和使用方法。</p><p><b>　　2.1.2設計要求</b></p><p>　　用觸發(fā)器設計一個四路搶答器，要求實現(xiàn)

29、以下功能：</p><p>　　1．4名選手或4個代表隊的編號分別是1、2、3、4，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是S1、S2、S3、S4。</p><p>　　2．給節(jié)目主持人設置一個控制開關，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開始。</p><p>　　3.搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按搶答按鈕，編號

30、立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號，此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　4．搶答器具有定時搶答器的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定（如9秒）。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即加（減）計時，并且綠色指示燈，可以搶答。</p><p>　　5．參賽選手在設定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止

31、工作，顯示器上顯示選手的編號，紅色指示燈亮，停止搶答，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　6．如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，紅色指示燈亮，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。</p><p>　　2.2四路搶答器整體分析 </p><p>　　2.2.1總體設計思想</p><p>　　電路設計要把握

32、好整體與部分模塊的關系。經(jīng)過分析我們將整個電路分為鎖存互鎖模塊，計時模塊，顯示模塊，復位清零模塊，時鐘信號產(chǎn)生模塊。分別進行各個模塊的設計，仿真，再將各個模塊連接，逐步實現(xiàn)整體功能。難點是如何利用給定的芯片實現(xiàn)各個功能，所以設計時要考慮芯片的利用方法。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　2.2.2四路搶答器原理</p>&

33、lt;p>　　首先由時鐘信號產(chǎn)生模塊1給各個鎖存器提供時鐘信號，同時時鐘信號產(chǎn)生模塊2給計數(shù)器提供時鐘，計數(shù)器開始計時。如果9s內(nèi)有選手搶答，則搶答結果由編碼器，譯碼器和數(shù)碼管等組成的顯示電路模塊顯示出來，并且將搶答信號通過一定方式鎖死搶答器，使其他選手無法再搶答。如果9s內(nèi)無人搶答，計數(shù)器會通過一定方式將鎖存器鎖死，選手無法再搶答。在主持人按過復位按鈕后，鎖存互鎖模塊，和計數(shù)模塊復位，計數(shù)器重新開始計時，鎖存器的鎖死狀態(tài)結束。這

34、樣就實現(xiàn)了整個搶答功能。</p><p>　　2.3功能模塊設計 </p><p>　　2.3.1 時鐘信號產(chǎn)生模塊</p><p>　　由于兩個重要模塊需要時鐘信號，所以時鐘信號產(chǎn)生模塊關系到搶答器能否正常工作?？梢圆捎?55的多諧振蕩器電路，也可以采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。我們最終采用了多諧振蕩電路。本模塊利用555定時器的多謝振蕩器原理。由公式T=0.7(R1+2R

35、2)C，經(jīng)過計算，電阻R大約取47K。另一個時鐘信號產(chǎn)生電路只要把圖2-2電阻改為4.7k即可。</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　2.3.2鎖存互鎖及顯示模塊</p><p>　　搶答信號的判斷和鎖存采用觸發(fā)器。以四D觸發(fā)器74LS175為中心構成編碼鎖存系統(tǒng)，編碼的作用是把鎖存器的輸出轉化成8421BCD碼，

36、進而送給7段顯示譯碼器。編碼后的邏輯函數(shù)真值表和表達式，分別如下：</p><p>　　表達式：A=Q1+Q3; B=Q2+Q3; C=Q4; D=0；</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p>　　當選手按下?lián)尨鹌靼粹o時，搶答信號輸入端輸入低 電平信號，在74LS148N作用下，輸出端A1、A2、A3相應的輸出高

37、低電平，產(chǎn)生對74LS248N的控制信號，并由此來控制LED的顯示信號。注意，選手控制信號從74LS148N的D3、D4、D5、D6端輸入，并且D3對應選手4號，D4對應選手3號，D5對應選手2號，D6對應選手1號。LED為共陰極七段顯示器。</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p><b>　　2.3.3計時模塊</b>&l

38、t;/p><p>　　電路采用十進制同步加法計數(shù)器74LS160，再接到發(fā)光二極管，電路中R3起到限流作用。主持人宣布開始時，按下按鈕，74LS160在555產(chǎn)生的脈沖信號作用下開始使能，10秒后停止使能，二極管發(fā)光，停止搶答。</p><p><b>　　圖2-5</b></p><p><b>　　2.3.4復位模塊</b>

39、;</p><p>　　復位清零需要由主持人按鈕控制。要接到各觸發(fā)器的復位端，和計數(shù)器的清零端。如附錄原理圖所示，開關默認接在高電平，當主持人按下開關時，接低電平，給各個芯片的清零端一個有效電平，完成復位。</p><p>　　2.3.5各個模塊的連接</p><p>　　當每個模塊都調(diào)試正確后，就要實現(xiàn)各個模塊的連接。最終要將計數(shù)器160的QA和QD端的與非（用A

40、表示），四個D觸發(fā)器Q端的與（用B表示）和時鐘信號產(chǎn)生模塊1的輸出（C）相與，即ABC，接到D觸發(fā)器的CLOCK端。實現(xiàn)整個功能。</p><p>　　最終的仿真圖和實物圖見附錄。</p><p><b>　　3 課程設計總結</b></p><p>　　3.1 實際安裝調(diào)試電路時遇到的問題及解決方案</p><p>　

41、　芯片的接口會存在問題。如TTL門驅動COMS門，需要加上拉電阻。</p><p>　　將load懸空，計數(shù)器無法計數(shù)，計數(shù)器160的load置數(shù)端要接高。</p><p>　　仿真時，我們用的是74175觸發(fā)器，而實際操作中沒有175芯片，最后用了兩個7474代替。</p><p>　　3.2課程設計心得體會</p><p>　　本次課程設

42、計的設計課題是《小功率（12VDC）降壓穩(wěn)壓器的設計》及《四路搶答器的設計》，實質是屬于數(shù)字電路部分的內(nèi)容。主要使用了74LS148， 74LS48,74175，74160等一些集成芯片，以及七段數(shù)碼顯示管，555定時電路，發(fā)光二極管等。</p><p>　　在設計的過程當中，我學會了分析各種時序邏輯電路的功能及設計中所用到的器件的使用的方法，這也就讓我們把課堂上所學的知識，充分地運用到設計當中，進而使我們對課本

43、上所學的知識有了更深入的理解和認識。</p><p>　　在設計過程中，我們的電路設計在邏輯上完全符合要求，但通過仿真證時卻出現(xiàn)了偏差，這說明理論與實際存在著一定的差別。</p><p>　　通過這次課程設計，讓我們認識到自己所學知識的局限性和基礎性，這就激發(fā)我努力拓展自己的知識面。</p><p>　　有一點要注意的是，在做四路搶答器的時候，安裝電路時一定要把線布

44、的有條理，盡量做到橫平豎直，以便在出錯的時候，容易找錯誤。還有就是保證線與面包板接觸充分，這樣就可以減少犯錯的機會，提高成功率;</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華光，電子技術基礎（數(shù)字部分第五版），高等教育出版社[M],2006年.</p><p>　　[2] 康華光,電子技術基礎數(shù)字部分.第五版,

45、高等教育出版社[M].2005年.</p><p>　　[3] 康華光,電子技術基礎模擬部分.第五版,高等教育出版社[M].2005年.</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　元器件清單</b></p><p><b>　　小功率穩(wěn)壓器</b>&

46、lt;/p><p><b>　　四路搶答器</b></p><p><b>　　儀器及工具</b></p><p>　　電烙鐵、剪刀、鑷子、小鉗子、螺絲刀、萬用表、電壓輸出器</p><p><b>　　原理圖</b></p><p>　　圖1 小功率穩(wěn)壓器