多功能課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、哈爾濱華德學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 設(shè)計(jì)題目： 多功能視力保護(hù)器 系 別： 電子與信息工程學(xué)院 班 級(jí)： 1201511 學(xué)生姓名： 李 成 指導(dǎo)教師： 姜 橋 成 績(jī)：_ 2014 年 3月28日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)課程設(shè)計(jì)題目多功能視力保護(hù)器功能技術(shù)指標(biāo)主要功能： 具有光強(qiáng)保護(hù)、光弱保護(hù)和閱讀超時(shí)保護(hù)三種功能。技術(shù)指標(biāo)：1、環(huán)境光線過(guò)強(qiáng)（陽(yáng)光下），紅指示燈亮并發(fā)出報(bào)警聲。 2、環(huán)境光線過(guò)弱，（臨近傍晚），黃指示燈亮并發(fā)出報(bào)警聲。3、正常光照下，綠指示燈亮，但如果超過(guò)定時(shí)時(shí)間（30分鐘，可以擴(kuò)展為數(shù)顯），發(fā)出警報(bào)聲。為驗(yàn)收方便，可以調(diào)至10秒延時(shí)。工作量3周工作計(jì)劃2014年3月10日 開(kāi)題2

2、014年3月11日3月12日 設(shè)計(jì)電路2014年3月13日 選購(gòu)元器件2014年3月13日 組裝電路2014年3月13日3月20日 調(diào)試電路2014年3月21日 驗(yàn)收電路2014年3月22日3月25日 撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，上交指導(dǎo)教師處2014年3月27日 繪制圖紙，準(zhǔn)備答辯2014年 3月 28日 答辯指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 指導(dǎo)教師簽字： 2014年 3 月28 日目錄第1章 緒論1 1.1課題背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2設(shè)計(jì)要求11.3設(shè)計(jì)功能1第2章

3、電路設(shè)計(jì)分析22.1電路原理框圖2LED只有3個(gè)，是光強(qiáng)、光弱和正常三種顯示，沒(méi)有定時(shí)和距離顯示功能2.2 主要IC芯片介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.2.1 CD4070. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.2.2 CD4011. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2.3 CD4001. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42. 3 電路總體工作原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4第3章 單元電路設(shè)計(jì).53.1光線檢測(cè)與指示電路的設(shè)計(jì).53.2 定時(shí)器

5、電路的設(shè)計(jì). 63.3報(bào)警控制電路的設(shè)計(jì).7 3.4 報(bào)警器電路的設(shè)計(jì). 8第4章 整機(jī)電路的工作原理9 4. 1 整機(jī)電路原理圖. 9 4. 2 整機(jī)工作原理.10第5章 電路的組裝與調(diào)試11總結(jié)12收獲和體會(huì)13致謝14參考文獻(xiàn)15附錄 元件清單.1617第1章 緒論1.1 課題背景據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最近的一項(xiàng)調(diào)查顯示，目前我國(guó)學(xué)生視力低下的狀況令人擔(dān)憂。小學(xué)近視比例為34%-61%，初中為68%，重點(diǎn)高中為90%左右，在校大學(xué)生視力合格者更少。而在高考體檢中由于自身缺陷原因被限考的學(xué)生當(dāng)中有74%為近視。據(jù)衛(wèi)生部、教育部聯(lián)合調(diào)查，目前我國(guó)學(xué)生近視發(fā)病率居世界第二，人數(shù)居世界之首。全國(guó)近視及眼疾

6、患者近3億人，已經(jīng)成為全社會(huì)關(guān)注的公共衛(wèi)生和社會(huì)問(wèn)題。在這種情況下，亟須開(kāi)發(fā)一種多功能視力保護(hù)器。通過(guò)創(chuàng)造健康的讀寫(xiě)環(huán)境和科學(xué)方式，避免因長(zhǎng)期讀寫(xiě)而導(dǎo)致的近視、駝背、脊柱側(cè)彎、斜視、頸椎病等疾病的發(fā)生和發(fā)展，用非醫(yī)藥的手段，防范和解除因不良讀寫(xiě)習(xí)慣，避免給人們身體帶來(lái)傷害。1.2設(shè)計(jì)要求 利用IC芯片設(shè)計(jì)一款具有光強(qiáng)、光弱保護(hù)和閱讀超時(shí)保護(hù)等三種功能的視力保護(hù)器。1.3設(shè)計(jì)功能1、環(huán)境光線過(guò)強(qiáng)（陽(yáng)光下），紅指示燈亮并發(fā)出報(bào)警聲。 2、環(huán)境光線過(guò)弱，（臨近傍晚），黃指示燈亮并發(fā)出報(bào)警聲。3、正常光照下，綠指示燈亮，但如果超過(guò)定時(shí)時(shí)間（30分鐘，可以擴(kuò)展為數(shù)顯），發(fā)出警報(bào)聲。為驗(yàn)收方便，可調(diào)至10

7、秒延時(shí)。第2章 電路設(shè)計(jì)分析2.1電路原理框圖圖2-0電路原結(jié)構(gòu)框圖LED只有3個(gè)，是光強(qiáng)、光弱和正常三種顯示，沒(méi)有定時(shí)和距離顯示功能2. 2 主要IC芯片介紹2.2.1 CD4070CD4070是CMOS四2輸入端的異或門(mén)。其真值表如表2-1所示。表2-1 CD4070真值表A B Y0 0 00 1 11 0 11 1 0該框功能沒(méi)有針對(duì)性，不具體沒(méi)有距檢測(cè)功能離CD4070包括四個(gè)相互獨(dú)立的異或門(mén)電路，具有異或功能。其引腳圖如圖2-1所示。 圖2-1 CD 4070 引腳圖2.2.2 CD4011CD4011是CMOS四2輸入端的與非門(mén)。其真值表如表2-2所示。表2-2 CD4011真值

8、表 XYQ001011101110  CD4011包括四個(gè)相互獨(dú)立的與非門(mén)電路，具有與非功能其引腳圖如圖2-2所示 圖2-2 CD4011 引腳圖2.2.3 CD4001CD4001是CMOS四2輸入端的或非門(mén)。其真值表如表2-3所示。表2-1 CD4001真值表A B Y0 0 10 1 01 0 01 1 0 CD4001包括四個(gè)相互獨(dú)立的或非門(mén)電路，具有或非功能其引腳圖如圖2-2所示這節(jié)不要，將下面的內(nèi)容填到第3章對(duì)應(yīng)的章節(jié)中 圖2-3 CD 4001 引腳圖2. 3 電路總體工作原理 與非門(mén)D6、D7與R3、CZ組成鍵控式多諧振蕩器，作為光強(qiáng)、光弱和定時(shí)報(bào)

9、警聲發(fā)生電路。當(dāng)光線處于正常光照時(shí)，D4輸出低電平，振藥器不起振。當(dāng)發(fā)生光照異?；虻竭_(dá)定時(shí)后，D4輸出高電平，觸發(fā)多諧振蕩器起振，通過(guò)D8緩沖放大后，由壓電陶瓷片B（FT-27）發(fā)出報(bào)警聲?；蚍情T(mén)D9, D10組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)時(shí)間由R2, C1的數(shù)值決定。電路處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，因D10的輸人端通過(guò)R2接電源，為高電平，輸出端為低電平。該低電平反饋至D9的一個(gè)輸人端，由于另一輸人端由R1下拉為低電平，使D9輸出高電平，即C1兩端均為高電平。D10輸出的低電平經(jīng)D11反相為高電平后加至或非門(mén)D12的一個(gè)輸人端。當(dāng)需要設(shè)置定時(shí)時(shí)，按下SB使D9的一個(gè)輸人端為高電平，輸出端變?yōu)榈碗娖剑摰碗?/p>

10、平通過(guò)C1傳至D10的輸人端，使D10輸出高電平。該高電平一方面反饋至D9的一個(gè)輸入端，使D9的輸出保持低電平。另一方面通過(guò)D11反相為低電平加至D12的一個(gè)輸人端。第3章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 光線檢測(cè)與指示電路的設(shè)計(jì)這部分放到3.1中。圖3-1光測(cè)與顯示電路圖 異或門(mén)電路D1、D2和D3以及VLl、VL2和VL3分別組成光強(qiáng)、光弱和光線正常的測(cè)光與指示電路。其中D1與光敏電阻器RL及VL1為光強(qiáng)檢測(cè)與指示電路。異或門(mén)D1的一個(gè)輸人端接固定的高電平，另一個(gè)輸人端接至RL1與RP1的分壓點(diǎn)。當(dāng)光線過(guò)強(qiáng)時(shí)，RL1的阻值變小使它與RP1的分壓點(diǎn)的電壓升高，從而使D1的兩個(gè)輸人端均為高電平，輸出端為低

11、電平，VLl發(fā)紅光。 異或門(mén)D2與光敏電阻RL2、RP2及VL2組成光弱檢測(cè)與指示電路。異或門(mén)D2的一個(gè)輸人端接固定的低電平，另一個(gè)輸人端接至RL2與R.P2的分壓點(diǎn)。當(dāng)光線過(guò)弱時(shí)，RL2的電阻值變大，使它與RI-2的分壓點(diǎn)的電壓降低，從而使D2的兩個(gè)輸出端均為低電平。根據(jù)異或門(mén)兩輸人端電位相同，輸出為低電平的邏輯關(guān)系，D2輸出為低電平，這時(shí)，VL2發(fā)黃光。 異或門(mén)D3與VL3組成光線正常的檢測(cè)與指示電路，D3的2個(gè)輸人端分別接至D1與D2的輸出端。光線正常時(shí)，這2個(gè)輸出端均為高電平，使D3的輸出端為低電平，VU發(fā)綠光。3.2 定時(shí)器電路的設(shè)計(jì)圖3-2定時(shí)器電路圖或非門(mén)D9, D10組成單穩(wěn)態(tài)

12、觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)時(shí)間由R2, C1的數(shù)值決定。電路處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，因D10的輸人端通過(guò)R2接電源，為高電平，輸出端為低電平。該低電平反饋至D9的一個(gè)輸人端，由于另一輸人端由R1下拉為低電平，使D9輸出高電平，即C1兩端均為高電平。D10輸出的低電平經(jīng)D11反相為高電平后加至或非門(mén)D12的一個(gè)輸人端。 當(dāng)需要設(shè)置定時(shí)時(shí)，按下SB使D9的一個(gè)輸人端為高電平，輸出端變?yōu)榈碗娖?，該低電平通過(guò)C1傳至D10的輸人端，使D10輸出高電平。該高電平一方面反饋至D9的一個(gè)輸入端，使D9的輸出保持低電平。另一方面通過(guò)D11反相為低電平加至D12的一個(gè)輸人端。 當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)人穩(wěn)定狀態(tài)后，電源通過(guò)R2向CI充

13、電，充電時(shí)間即為觸發(fā)器的暫穩(wěn)時(shí)間。按如圖所示的R2與C1數(shù)值，暫穩(wěn)時(shí)間約30min，這個(gè)時(shí)間也就是電路的定時(shí)時(shí)間。3.3 報(bào)警控制電路的設(shè)計(jì)圖3-3報(bào)警控制電路圖當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)人穩(wěn)定狀態(tài)后，電源通過(guò)R2向CI充電，充電時(shí)間即為觸發(fā)器的暫穩(wěn)時(shí)間。按如圖所示的R2與C1數(shù)值，暫穩(wěn)時(shí)間約30min，這個(gè)時(shí)間也就是電路的定時(shí)時(shí)間。3.4 報(bào)警器電路的設(shè)計(jì)圖3-4報(bào)警電路圖D5、D12與D4組成報(bào)警聲發(fā)生電路的控制電路，當(dāng)光照正常且單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于定時(shí)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，D1、D2的輸出端均為高電平，D5的輸出端為低電平，此時(shí)Dll輸出為低電平。D12輸出高電平，使D4輸出低電平，多諧振蕩器不起振。當(dāng)光照異常時(shí)

14、，D1、D2中總有一個(gè)輸出為低電平，使D5輸出高電平，D12的輸入端為一高一低，輸出端輸出低電平，異或門(mén)D4輸出高電平將報(bào)警聲振蕩電路啟動(dòng)，使其發(fā)出報(bào)警聲。第4章 整機(jī)電路的工作原理 LED只有3個(gè)，是光強(qiáng)、光弱和正常三種顯示，沒(méi)有定時(shí)和距離顯示功能4. 1 整機(jī)電路原理圖圖4-1整機(jī)電路原理圖4. 2 整機(jī)工作原理當(dāng)光線過(guò)強(qiáng)時(shí)，RU的阻值變小使它與RP1的分壓點(diǎn)的電壓升高，從而使D1的兩個(gè)輸人端均為高電平，輸出端為低電平，VLl發(fā)紅光。 當(dāng)光線過(guò)弱時(shí)，RL2的電阻值變大，使它與RI-2的分壓點(diǎn)的電壓降低，從而使D2的兩個(gè)輸出端均為低電平。根據(jù)異或門(mén)兩輸人端電位相同，輸出為低電平的邏輯關(guān)系，D

15、2輸出為低電平，這時(shí)，VL2發(fā)黃光。 異或門(mén)D3與VL3組成光線正常的檢測(cè)與指示電路，D3的2個(gè)輸人端分別接至D1與D2的輸出端。光線正常時(shí)，這2個(gè)輸出端均為高電平，使D3的輸出端為低電平，VU發(fā)綠光。 與非門(mén)D6、D7與R3、CZ組成鍵控式多諧振蕩器，作為光強(qiáng)、光弱和定時(shí)報(bào)警聲發(fā)生電路。當(dāng)光線處于正常光照時(shí)，D4輸出低電平，振藥器不起振。當(dāng)發(fā)生光照異常或到達(dá)定時(shí)后，D4輸出高電平，觸發(fā)多諧振蕩器起振，通過(guò)D8緩沖放大后，由壓電陶瓷片B（FT-27）發(fā)出報(bào)警聲。 第5章 電路的組裝與調(diào)試 元件正確焊接后，即可通電調(diào)試。把保護(hù)器放在光線較弱處，調(diào)節(jié)RP2，使VL2發(fā)光且報(bào)警器響。再把報(bào)警器放在光

16、線較強(qiáng)處，調(diào)節(jié)RP1，使VL1發(fā)光且報(bào)警器響。最后將保護(hù)器移至光線正常處，此時(shí)VL3應(yīng)亮且報(bào)警器不響。假如其他發(fā)光二極管也亮，則微調(diào)RP1或RP2，使只有VD1亮，這樣反復(fù)調(diào)幾次就可以了。調(diào)試好后把導(dǎo)線拆除，使定時(shí)器工作。如覺(jué)得定時(shí)器的時(shí)間太長(zhǎng)或太短，可改變C1、R2的數(shù)值。時(shí)間t的計(jì)算公式為0.69×R2·C1?？偨Y(jié)在此次課程設(shè)計(jì)中，我們將課本理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。按照書(shū)本上的知識(shí)和老師講授的方法，首先和同學(xué)一起分析研究此次電路設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，然后按照分析的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際連接操作，檢測(cè)和校正，再進(jìn)一步完善電路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，還有出現(xiàn)的一些未知問(wèn)題，我

17、們都認(rèn)真分析討論，然后對(duì)討論出的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)校正，對(duì)一些疑難問(wèn)題我們也認(rèn)真向老師詢問(wèn)請(qǐng)教，和老師一起探討解決。通過(guò)此次電路設(shè)計(jì)，我們加深對(duì)課本知識(shí)的認(rèn)識(shí)理解和明白各種電路的調(diào)試。在設(shè)計(jì)中具有如何有效的提高視力保護(hù)的作用。通過(guò)實(shí)踐證明該視力保護(hù)器可行且可靠性良好，使用方便。本文期望通過(guò)該電子硬件的制作和理論的研究，能為后期進(jìn)一步設(shè)計(jì)多功能視力保護(hù)器并采取合理措施提高視力保護(hù)的有效性提供可靠和有效的數(shù)據(jù)源和信息依據(jù)。 設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)網(wǎng)上的搜集資料，以及老師的細(xì)心指導(dǎo)完成了設(shè)計(jì)及論文，使的設(shè)計(jì)進(jìn)一步的完善，在老師的指導(dǎo)下改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的不足。設(shè)計(jì)由于對(duì)材料等方面的不了解，使得設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用不熟練，設(shè)

18、計(jì)方面有待進(jìn)一步提高，希望老師同學(xué)們能夠多提出寶貴意見(jiàn)。收獲和體會(huì)1在本次課程設(shè)計(jì)中，我對(duì)CD4070、CD4001、cd4011等芯片加深了了解，和鞏固了對(duì)它們的使用，對(duì)于數(shù)字、模擬電路的綜合運(yùn)用有了更深一步理解，為以后的電路分析和設(shè)計(jì)奠定了一定的基礎(chǔ)。2. 必須經(jīng)過(guò)這樣嚴(yán)格的自己動(dòng)手，才會(huì)從中體會(huì)出設(shè)計(jì)成果的喜悅。理論知識(shí)總是要用于實(shí)踐中才得以升華，我們應(yīng)該更多的參與實(shí)踐，以增強(qiáng)我們對(duì)電子專(zhuān)業(yè)的興趣。同時(shí)，從開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一些小規(guī)模產(chǎn)品去體會(huì)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路，為以后的工作打下基礎(chǔ)。3課程設(shè)計(jì)促進(jìn)了我系人才培養(yǎng)計(jì)劃的完善和課程設(shè)置的調(diào)整。近年來(lái)，我系為適應(yīng)生的實(shí)踐需要陸續(xù)增設(shè)與調(diào)整了

19、一系列課程，受到同學(xué)的歡迎，其中這次的設(shè)計(jì)很受學(xué)們的喜歡。課程設(shè)計(jì)達(dá)到了專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)之后，我們普遍感到不僅實(shí)際動(dòng)手能力有所提高，更重要的是通過(guò)對(duì)電路板制作流程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的興趣，并能夠結(jié)合實(shí)際存在的問(wèn)題在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。致謝本次課程設(shè)計(jì)，從開(kāi)始的選題到最后的調(diào)試，雖然我們有眾多的不足，但是我們的指導(dǎo)老師姜老師一直細(xì)心的為我們講解和調(diào)試，并且以多種方式為我們講解了原理和應(yīng)用，首先我們感謝的事我們的指導(dǎo)老師姜老師。并且花費(fèi)了老師的大量時(shí)間和精力，最后我們還是沒(méi)有完成好老師給我們的任務(wù)，對(duì)已老師，我們既是感到感謝，也是對(duì)老師的一種愧疚。然后要感謝的就是我們的組員，團(tuán)結(jié)一致，各自分工，沒(méi)有一個(gè)