火箭發(fā)射模擬器電路的畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

第一章 方案的選擇與論證本設(shè)計(jì)介紹的是火箭發(fā)射模擬器，能模擬演示出火箭發(fā)射時(shí)其發(fā)射速度逐漸加快的情形根據(jù)任務(wù)書(shū)的設(shè)計(jì)要求有以下二個(gè)方案符合設(shè)計(jì)的要求。方案的選擇：方案一是由控制電路、多諧振蕩器和LED顯示電路組成。該設(shè)計(jì)的方框圖如下：圖1（1）控制電路：主要功能是控制電路多諧振蕩器的輸出使其輸出的工作頻率改變的脈沖信號(hào)，從而使LED顯示電路呈現(xiàn)火箭發(fā)射升空瞬間顯示和火箭升空加速顯示的現(xiàn)象（2）多諧振蕩器：經(jīng)過(guò)控制電路使多諧振蕩器生成矩形脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)LED顯示模擬出火箭發(fā)射的現(xiàn)象。（3）LED顯示電路：經(jīng)過(guò)多諧振蕩器輸出的頻率的不同，使其LED顯示出不同的現(xiàn)象， 來(lái)模擬火箭發(fā)射的現(xiàn)象。方案二由十進(jìn)制計(jì)數(shù)分配器CD4017、四2輸入端與非門(mén)CD4011、雙4位串入并出移位寄存器CD4015以及發(fā)光二極管等組成的火箭發(fā)射模擬電路，該電路能模擬出火箭發(fā)射的全過(guò)程。圖2 火箭發(fā)射模擬器電路該電路由倒計(jì)時(shí)及顯示電路、火箭升空瞬間顯示電路和火箭升空后加速顯示電路三部分組成。（1）倒計(jì)時(shí)及顯示電路。主要包括秒信號(hào)發(fā)生器、顯示驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)光管顯示電路三部分。其中，CD4011的G1、G2構(gòu)成多諧振蕩器，顯示驅(qū)動(dòng)電路主要由CD4017組成，倒計(jì)時(shí)結(jié)果由發(fā)光二極管VD1V10顯示出來(lái)。（2）火箭升空瞬間顯示電路。主要包括第一時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路、移位寄存器IC2、顯示發(fā)光管VD11VD18三部分。其中，G3、G4等組成可控多諧振蕩器，即第一時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，它用來(lái)為IC2提供移位脈沖。兩個(gè)移位寄存器接成16位移位寄存器。（3）火箭升空加速顯示電路。主要包括第二時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路、移位寄存器IC3、顯示發(fā)光管LED19LED26三部分。其中，G5、G6等組成可控多諧振蕩器，即第二時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，它用來(lái)為IC3提供移位脈沖。方案的論證：上面兩種方案都符合該設(shè)計(jì)的要求，其中方案一電路的設(shè)計(jì)并不能很明顯的模擬火箭發(fā)射的現(xiàn)象，但是方案二卻能直觀的模擬出火箭發(fā)射的三個(gè)過(guò)程，也滿足任務(wù)書(shū)上所要求的，所以選擇方案二第二章 單元電路的設(shè)計(jì)與分析 2.1火箭發(fā)射模擬器電路方框圖 圖3整個(gè)電路工作過(guò)程如下：當(dāng)按下按鈕SA后，多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)秒脈沖信號(hào)加至CD4017的CL端，計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，其輸出端Y1Y10依次輸出高電平，該高電平狀態(tài)使與其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管VD1VD101導(dǎo)通，依次發(fā)光。從圖中可以看到二極管和輸出端按反向連接，因此可模擬出倒計(jì)時(shí)狀態(tài)。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束，即CD40l7的輸出端Y10輸出高電平時(shí)，該高電平使VS1導(dǎo)通，第一時(shí)鐘脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)移位脈沖加至IC2的CKA端，由兩個(gè)移位寄存器組成的16位移位寄存器開(kāi)始工作，其輸出端狀態(tài)使VD11V18依次發(fā)光，模擬出火箭發(fā)射時(shí)的升空狀態(tài)。第二時(shí)鐘脈沖發(fā)生器也產(chǎn)生一個(gè)移位脈沖加至IC3的脈沖輸入端，該脈沖頻率為第一脈沖頻率的2倍。移位寄存器工作過(guò)程中，首先發(fā)光二極管VD19VD26依次發(fā)光，且速度快一倍，顯示出加速升空狀態(tài)，當(dāng)VD26發(fā)光后，火箭上升到最高位置，VD26VD19再依次熄滅，這樣就完成了火箭發(fā)射一個(gè)周期的演示。2.2起振電路它是采用與非門(mén)集成電路組成的多諧振蕩器來(lái)啟動(dòng)觸發(fā)電路。圖4所示為由兩個(gè)與非門(mén)及RC元件組成的振蕩器電路，通過(guò)RC電路的充放電使電路產(chǎn)生多諧振蕩。電路中的與非門(mén)被接反相器的形式，其輸出為矩形脈沖波，振蕩頻率可通過(guò)選擇RC值來(lái)確定，即f=1/2.2RC。圖4 CD4011四二輸入與非門(mén)組成的多諧振蕩器2.3倒計(jì)時(shí)顯示電路接通電源多諧振蕩器開(kāi)始工作，輸出矩形脈沖波到cd4017，倒計(jì)時(shí)的顯示用LED燈的循環(huán)電亮（LED10-LED1）來(lái)展示。圖5 倒計(jì)時(shí)及顯示電路的分解圖2.4火箭升空瞬間和加速顯示電路火箭升空瞬間和加速顯示電路是由雙4位串入并出移位寄存器CD4015接成16位移位寄存器，第一時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、第二時(shí)鐘脈沖發(fā)生器分別為CD4015顯示電路提供移位脈沖，以便驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光呈現(xiàn)火箭升空瞬間和火箭升空加速的現(xiàn)象。圖6 火箭升空瞬間和加速顯示電路的分解圖2.5 CD4011 CD4011四2輸入與非門(mén)CMOS芯片,邏輯表達(dá)式：Y = A.B圖7 Cd4011內(nèi)部原理圖 圖8 內(nèi)部保護(hù)網(wǎng)2.6 CD4015CD4015是雙串入并出四位移位寄存器。D為串行數(shù)據(jù)輸入端，CL端每輸入一個(gè)上升沿時(shí)鐘時(shí)，D端的數(shù)據(jù)從Q1向Q4傳遞一位。比如D端輸入一個(gè)4位的串行數(shù)據(jù)dcba，第一個(gè)時(shí)鐘上升沿時(shí)，Q1=a，Q2、Q3、Q4=0；第二個(gè)時(shí)鐘上升沿時(shí)，Q1=b，Q2=a、Q3、Q4=0；第三個(gè)時(shí)鐘上升沿時(shí)，Q1=c，Q2=b、Q3=a、Q4=0；第四個(gè)時(shí)鐘上升沿時(shí)，Q1=d，Q2=c、Q3=b、Q4=a圖9 CD4015引腳圖2.7 CD4017CD4017是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器具有10 個(gè)譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無(wú)限制。INH 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無(wú)效。CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。圖10 CD4017引腳圖 圖11 CD4017內(nèi)部邏輯圖第三章 軟件仿真及現(xiàn)象分析 打開(kāi)multisim仿真軟件，按照元器件清單找出對(duì)應(yīng)的元器件，按照電路原理圖連接好每個(gè)元器件。接下來(lái)就是檢查錯(cuò)誤，觀察仿真現(xiàn)象，測(cè)量元件參數(shù)，并記錄參數(shù)和波形。用multisim仿真時(shí)出現(xiàn)了沒(méi)有現(xiàn)象，我按照原理圖又進(jìn)行了檢查,最后分析出三種原因（1）由CD4011組成的多諧振蕩器的輸出端10號(hào)引腳沒(méi)有接進(jìn)CD4017,計(jì)數(shù)器沒(méi)有工作。（2）仿真中元器件型號(hào)不對(duì)。(3)元器件參數(shù)沒(méi)有設(shè)置正確。我最后分析并且找到了原因，是有CD4011組成的多謝振蕩器的輸出端沒(méi)有正確接到計(jì)數(shù)器CD4017的CL端。最后改正了電路的所有錯(cuò)誤，我按動(dòng)了仿真開(kāi)關(guān)，終于模擬出火箭倒計(jì)時(shí)和升空的現(xiàn)象。我的仿真成功了。 仿真電路參數(shù)： 輸出信號(hào)：輸出脈沖CP1CP1圖12 測(cè)量值： Vp-p=5V Vp=2V V=1.37V T=0.5S f=1/T=2Hz 計(jì)算值： T=1.4RC=0.7S f=1/T=1.43Hz 輸出脈沖CP2圖13測(cè)量值： Vp-p=4.9V Vp=2.1V V=1.1V T=0.36*200MS=72MS f=1/T=12.75Hz 計(jì)算值： T=1.4RC=78.4MS f=1/T=12.8Hz輸出脈沖CP3 圖14測(cè)量值： Vp-p=5.1V Vp=2.5V V=1.2V T=2.2*200MS=44MS f=1/T=22.7Hz 計(jì)算值： T=1.4RC=42MS f=1/T=23.81Hz第四章 畢業(yè)設(shè)計(jì)心得體會(huì) 在為期一個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我收獲了很多也學(xué)到了很多。我不僅復(fù)習(xí)和鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)還在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展。畢業(yè)設(shè)計(jì)期間有苦也有甜，在剛選好課題的時(shí)候我每天為課題不斷查找資料而苦惱，資料太多也太雜需要自己去不斷的整理和選取自己所需要的資料。在進(jìn)行multisim軟件仿真的時(shí)候也是遇到了許多困難，在這個(gè)過(guò)程中，我和我們小組幾人經(jīng)過(guò)不斷討論，查閱資料，請(qǐng)教老師和同學(xué)，逐步逐步地對(duì)設(shè)計(jì)越來(lái)越熟悉，腦海里越來(lái)越有法子。雖然此過(guò)程中，我們失敗了很多次，每一個(gè)新的想法，每一個(gè)新的電路圖，抱著成功的渴望接通時(shí)，結(jié)果經(jīng)常讓人心情掉落谷底，但是，戰(zhàn)勝無(wú)數(shù)次失敗，我們走向了成功，我們終于完成了此次的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，那種感覺(jué)真是一個(gè)甜。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間最要感謝我的指導(dǎo)老師楊老師，每當(dāng)我有什么不會(huì)的的去請(qǐng)教他，他總是認(rèn)真仔細(xì)的幫你分析問(wèn)題并且?guī)湍隳托牡膸湍憬鉀Q問(wèn)題。在multisim仿真中仿真現(xiàn)象不太好，楊老師更是認(rèn)真的幫我調(diào)試現(xiàn)象。一個(gè)月個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)很快，但從中收獲的必定會(huì)受益終生，一個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中同學(xué)和老師們勁往一處使，共同為畢業(yè)設(shè)計(jì)而努力。從中收獲的不僅是自己的動(dòng)手能力，更是自己獨(dú)自發(fā)現(xiàn)和解決困難的能力，這必定是我們?nèi)松幸还P寶貴的財(cái)富。參考文獻(xiàn)1 黃繼光.張海貴 數(shù)字集成電路應(yīng)用M.中國(guó)電力出版社，2008.4 2 張金.電子設(shè)計(jì)與制作100例M.福建科技技術(shù)出版社，2006. 3金發(fā)慶 .傳感器技術(shù)應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè)出版社，2002. 4廖先蕓 .電子技術(shù)實(shí)踐與訓(xùn)練M.高等教育出版社，2000. 5孫梅升 .電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)M.高等教育出版社，2003. 附錄一 元器件清單序號(hào)名稱器件代號(hào)規(guī)格數(shù)量1十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻器IC1 CD401712 四二輸入與非門(mén)COMS芯片CD401133雙四位串入-并出移位寄存器IC2/IC3 CD401524單向晶閘管SCR1/SCR2X0405MF25電解電容C1/C2/C310uF/25V36三極管VT NPN小功