電子課程設(shè)計(jì)

1、主講：李文娜目錄課題課題1 1 電壓超限指示和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)電壓超限指示和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)課題課題2 編碼電子鎖的設(shè)計(jì)編碼電子鎖的設(shè)計(jì)課題課題3 密碼報(bào)警電子鎖的設(shè)計(jì)密碼報(bào)警電子鎖的設(shè)計(jì) 電壓超限指示和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)電壓超限指示和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)一、目的一、目的 通過(guò)電壓超限指示和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與通過(guò)電壓超限指示和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，熟悉窗口比較器和實(shí)驗(yàn)，熟悉窗口比較器和555電路的應(yīng)用。電路的應(yīng)用。二、要求二、要求設(shè)計(jì)一個(gè)電壓過(guò)限指示和報(bào)警電路。設(shè)計(jì)一個(gè)電壓過(guò)限指示和報(bào)警電路。 1. 電壓上限為電壓上限為UH=5.5V，下限為，下限為UL=4.5V，當(dāng)，當(dāng)4.5VuI5.5V時(shí)，為正常范圍。否

2、則時(shí)，為正常范圍。否則uI5.5V或或uI4.5V都為不正常，此時(shí)發(fā)出報(bào)都為不正常，此時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。警信號(hào)。 2. 電壓電壓uI在正常范圍內(nèi)。綠燈亮，不在正常范圍內(nèi)。綠燈亮，不發(fā)出報(bào)警聲響。發(fā)出報(bào)警聲響。 3. 電壓電壓uI低于下限時(shí)，黃燈亮，同時(shí)低于下限時(shí)，黃燈亮，同時(shí)連續(xù)發(fā)出報(bào)警聲響。連續(xù)發(fā)出報(bào)警聲響。 4. 電壓電壓uI高于上限時(shí)，紅燈閃爍，同高于上限時(shí)，紅燈閃爍，同時(shí)發(fā)出斷續(xù)的報(bào)警聲響。時(shí)發(fā)出斷續(xù)的報(bào)警聲響。三、設(shè)計(jì)方案提示三、設(shè)計(jì)方案提示 根據(jù)題目要求，若需要鑒別一個(gè)電壓是根據(jù)題目要求，若需要鑒別一個(gè)電壓是否屬于正?；虿徽７秶?，可以利用窗口比否屬于正?；虿徽７秶梢岳么翱诒?/p>

3、較器。窗口比較器的傳輸特性較器。窗口比較器的傳輸特性如圖如圖5-1所示。所示。當(dāng)當(dāng)UHuIUL時(shí)，輸出為低電平，而當(dāng)時(shí)，輸出為低電平，而當(dāng)uIUH或或uIUL時(shí)輸出為高電平，利用這一特性，時(shí)輸出為高電平，利用這一特性，就可以鑒別電壓是否處于正常范圍。如果是就可以鑒別電壓是否處于正常范圍。如果是其他物理量（如溫度）也可以通過(guò)傳感器將其他物理量（如溫度）也可以通過(guò)傳感器將其轉(zhuǎn)換為電壓量來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。其轉(zhuǎn)換為電壓量來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。圖圖5-1 窗口比較器的傳輸特性窗口比較器的傳輸特性 圖圖5-2 電壓超限指示和報(bào)警電路框圖電壓超限指示和報(bào)警電路框圖 聲音報(bào)警可利用聲音報(bào)警可利用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧定時(shí)器構(gòu)

4、成的多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)，斷續(xù)聲音可以由一個(gè)頻率較振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)，斷續(xù)聲音可以由一個(gè)頻率較低的振蕩器去控制一個(gè)頻率較高的振蕩器來(lái)低的振蕩器去控制一個(gè)頻率較高的振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。圖圖5-2為這種電路的框圖。為這種電路的框圖。圖圖5-3是一是一個(gè)電壓超限指示和報(bào)警電路的參考電路。個(gè)電壓超限指示和報(bào)警電路的參考電路。編碼電子鎖的設(shè)計(jì)編碼電子鎖的設(shè)計(jì)一、目的一、目的 通過(guò)觸摸式編碼電子鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，通過(guò)觸摸式編碼電子鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，熟悉觸發(fā)器及門電路的應(yīng)用。熟悉觸發(fā)器及門電路的應(yīng)用。二、要求二、要求 設(shè)計(jì)一個(gè)觸摸式編碼電子鎖電路。設(shè)計(jì)一個(gè)觸摸式編碼電子鎖電路。 編碼電子鎖不需要鑰匙，只要記住一組編碼電子

5、鎖不需要鑰匙，只要記住一組十進(jìn)制數(shù)字（即所謂的碼，一般為四位，如十進(jìn)制數(shù)字（即所謂的碼，一般為四位，如1479），順著數(shù)字的先后從高位數(shù)到低位數(shù)，），順著數(shù)字的先后從高位數(shù)到低位數(shù)，用手指逐個(gè)觸及相應(yīng)的觸摸按鈕，鎖便用手指逐個(gè)觸及相應(yīng)的觸摸按鈕，鎖便自動(dòng)打開(kāi)（發(fā)光二極管被點(diǎn)亮）。若操作順自動(dòng)打開(kāi)（發(fā)光二極管被點(diǎn)亮）。若操作順序不對(duì)，鎖就不能打開(kāi)。序不對(duì)，鎖就不能打開(kāi)。三、三、參考電路參考電路 四、簡(jiǎn)要說(shuō)明四、簡(jiǎn)要說(shuō)明 圖圖6-1是一個(gè)用集成電路組裝的觸摸式是一個(gè)用集成電路組裝的觸摸式編碼電子鎖的電路圖。圖中有十個(gè)觸摸探頭編碼電子鎖的電路圖。圖中有十個(gè)觸摸探頭，分別為，分別為0、1、2、39。其

6、中有四個(gè)。其中有四個(gè)D觸觸發(fā)器，由兩片發(fā)器，由兩片CMOS雙雙D觸發(fā)器觸發(fā)器CC4013組組成。四個(gè)成。四個(gè)D觸發(fā)器的復(fù)位端觸發(fā)器的復(fù)位端 全部連接在一全部連接在一起，經(jīng)電阻起，經(jīng)電阻R0接地，并通過(guò)電容接地，并通過(guò)電容C0接到接到VDD。由于電容兩端的電壓不能突變，因此在接。由于電容兩端的電壓不能突變，因此在接R通電源瞬間，通電源瞬間， 端為高電平，使四個(gè)端為高電平，使四個(gè)D觸發(fā)觸發(fā)器自動(dòng)清零（器自動(dòng)清零（Q=0）。）。R密碼報(bào)警電子鎖的設(shè)計(jì)密碼報(bào)警電子鎖的設(shè)計(jì) 一、目的一、目的 通過(guò)密碼報(bào)警電子鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，熟悉通過(guò)密碼報(bào)警電子鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，熟悉三極管及門電路的應(yīng)用。三極管及門電路的應(yīng)

7、用。二、要求二、要求設(shè)計(jì)一個(gè)密碼報(bào)警電子鎖電路。設(shè)計(jì)一個(gè)密碼報(bào)警電子鎖電路。 密碼報(bào)警電子鎖具有防盜報(bào)警能力，如果密碼報(bào)警電子鎖具有防盜報(bào)警能力，如果用手觸及觸摸探頭的順序與密碼不符，鎖不用手觸及觸摸探頭的順序與密碼不符，鎖不能打開(kāi)，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲響。能打開(kāi)，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲響。三、參考電路簡(jiǎn)要說(shuō)明三、參考電路簡(jiǎn)要說(shuō)明 圖圖7-1是一個(gè)密碼報(bào)警電子鎖的參考電路是一個(gè)密碼報(bào)警電子鎖的參考電路，圖中電路的編碼為，圖中電路的編碼為3568。電路中三極管。電路中三極管T1、T2、T3和和T4是串聯(lián)在一起的，構(gòu)成三極管是串聯(lián)在一起的，構(gòu)成三極管與門。只有當(dāng)與門。只有當(dāng)T1、T2、T3和和T4同

8、時(shí)導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，三極管三極管T5才會(huì)導(dǎo)通。要想使這四個(gè)三極管同才會(huì)導(dǎo)通。要想使這四個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通，應(yīng)首先用手觸及時(shí)導(dǎo)通，應(yīng)首先用手觸及3號(hào)觸摸探頭，使號(hào)觸摸探頭，使T1導(dǎo)通，同時(shí)電容導(dǎo)通，同時(shí)電容C1充電。當(dāng)手離開(kāi)充電。當(dāng)手離開(kāi)3號(hào)探頭后號(hào)探頭后，C1開(kāi)始放電，在一定時(shí)間內(nèi)開(kāi)始放電，在一定時(shí)間內(nèi)T1仍然導(dǎo)通。仍然導(dǎo)通。在此時(shí)間內(nèi)用手觸摸在此時(shí)間內(nèi)用手觸摸5號(hào)探頭，號(hào)探頭，T2導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)C2開(kāi)始充電。而后再用手觸摸開(kāi)始充電。而后再用手觸摸6號(hào)和號(hào)和8號(hào)探頭號(hào)探頭，T3和和T4依次導(dǎo)通。由此可見(jiàn)，開(kāi)鎖的人應(yīng)依次導(dǎo)通。由此可見(jiàn)，開(kāi)鎖的人應(yīng)該在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按順序完成密碼操作，該在規(guī)定

9、的時(shí)間內(nèi)按順序完成密碼操作，T1、T2、T3和和T4才能同時(shí)導(dǎo)通。如果超過(guò)規(guī)定才能同時(shí)導(dǎo)通。如果超過(guò)規(guī)定的時(shí)間，電容放電達(dá)到一定的程度，三極管的時(shí)間，電容放電達(dá)到一定的程度，三極管就會(huì)截止，而四個(gè)三極管不能同時(shí)導(dǎo)通。這就會(huì)截止，而四個(gè)三極管不能同時(shí)導(dǎo)通。這樣可防止不知編碼的人，使用慢慢試的方法樣可防止不知編碼的人，使用慢慢試的方法將鎖打開(kāi)。將鎖打開(kāi)。 當(dāng)三極管當(dāng)三極管T5飽和導(dǎo)通時(shí)，繼電器飽和導(dǎo)通時(shí)，繼電器J動(dòng)作，動(dòng)作，它的接點(diǎn)它的接點(diǎn)j2與與a1接通，使繼電器自鎖。同時(shí)接通，使繼電器自鎖。同時(shí)接點(diǎn)接點(diǎn)j1與與b1接通，使門鎖的電磁線圈接通，使門鎖的電磁線圈L通電，通電，磁力吸動(dòng)鎖栓，密碼鎖被

10、打開(kāi)。磁力吸動(dòng)鎖栓，密碼鎖被打開(kāi)。 如果沒(méi)有按照規(guī)定的編碼進(jìn)行操作，那么如果沒(méi)有按照規(guī)定的編碼進(jìn)行操作，那么當(dāng)人的手指觸及任何一個(gè)非編碼探頭（即電當(dāng)人的手指觸及任何一個(gè)非編碼探頭（即電路圖中的路圖中的0、1、2、4、7和和9號(hào)探頭），電源號(hào)探頭），電源VCC就會(huì)通過(guò)就會(huì)通過(guò)R9使晶閘管使晶閘管3CT導(dǎo)通。當(dāng)晶閘導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，圖中管導(dǎo)通時(shí)，圖中C點(diǎn)為高電位，由與非門點(diǎn)為高電位，由與非門1、反相器反相器2和電阻和電阻R10、R11、電容、電容C4構(gòu)成的信號(hào)構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生振蕩，它輸出的方波經(jīng)三極管發(fā)生器產(chǎn)生振蕩，它輸出的方波經(jīng)三極管T6放大后啟動(dòng)喇叭，發(fā)出聲響。放大后啟動(dòng)喇叭，發(fā)出聲響

11、。 鎖被打開(kāi)后，只要按一下復(fù)位按鈕鎖被打開(kāi)后，只要按一下復(fù)位按鈕N，電路就會(huì)恢復(fù)到初始狀態(tài)。電路就會(huì)恢復(fù)到初始狀態(tài)。 在參考電路中，因分立元件較多，因此，在參考電路中，因分立元件較多，因此，對(duì)三極管對(duì)三極管T1、T2、T3、T4的的值和晶閘管的觸值和晶閘管的觸發(fā)靈敏度要求較高。否則，當(dāng)人的手指較干發(fā)靈敏度要求較高。否則，當(dāng)人的手指較干燥時(shí)，手觸及觸摸探頭可能不起作用。要解燥時(shí)，手觸及觸摸探頭可能不起作用。要解決這個(gè)問(wèn)題，可以使用決這個(gè)問(wèn)題，可以使用CMOS集成電路代替集成電路代替這些分立元件。這些分立元件。6.5 555 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用 6.5.1 555 555定時(shí)器的電

12、路結(jié)構(gòu)與功能定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能 555 555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬模擬混合的單片集成電路，利用它能極方便的構(gòu)混合的單片集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的多諧振蕩成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的多諧振蕩器。因而它在波形的產(chǎn)生與變換、定時(shí)檢測(cè)器。因而它在波形的產(chǎn)生與變換、定時(shí)檢測(cè)自動(dòng)報(bào)警等方面有廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)報(bào)警等方面有廣泛的應(yīng)用。一、電路框圖一、電路框圖 見(jiàn)書見(jiàn)書P P348348圖圖6.5.1555555定時(shí)器芯片定時(shí)器芯片 共共8 8腳。腳。 兩個(gè)電壓比較器兩個(gè)電壓比較器C C1 1、C C2 2； 一個(gè)基本一個(gè)基本RSRS觸發(fā)器；

13、觸發(fā)器；集集電極電極開(kāi)路的放電三極管開(kāi)路的放電三極管T TD D； 三個(gè)阻值為三個(gè)阻值為5K5K的電阻組成分壓器。的電阻組成分壓器。 二、功能分析二、功能分析 定時(shí)器的主要功能取決于比較器，比較定時(shí)器的主要功能取決于比較器，比較器的輸出控制器的輸出控制RSRS觸發(fā)器和放電三極管觸發(fā)器和放電三極管T TD D的狀的狀態(tài)。態(tài)。 在在 懸空時(shí)，懸空時(shí)， 。若外接。若外接固定電壓，則固定電壓，則 。COVCCRCCRVVVV31,3221CORCORVVVV21,211DR 是置零輸入端，是置零輸入端， 不受其他不受其他輸入端的影響，正常工作時(shí)輸入端的影響，正常工作時(shí) 。 DR, 0, 0oDvR,

14、) 1( 1, )0(0,) 1 (212211DCDCRiRiSvRvVvVv時(shí)、當(dāng)基本基本RSRS觸發(fā)器置觸發(fā)器置0 0，T TD D通，通， 。0ov，、時(shí)，、當(dāng)) 1( 1) 1(1)2(212211DCDCRiRiSvRvVvVv觸發(fā)器狀態(tài)不變，因而觸發(fā)器狀態(tài)不變，因而TD和輸出的狀態(tài)也維和輸出的狀態(tài)也維持不變。持不變。),0(0),1( 1) 3(212211DCDCRiRiSvRvVvVv時(shí)，、當(dāng)故觸發(fā)器被置故觸發(fā)器被置1 1，TD截止截止, ,同時(shí)同時(shí)v vo o=1 =1 。），（），（時(shí)、當(dāng)0000,)4(212211DCDCRiRiSvRvVvVv1 QQ觸發(fā)器處于觸發(fā)器

15、處于 的狀態(tài)，的狀態(tài)，TD止，止，v vo o=1 =1 。 這樣我們就得到了表這樣我們就得到了表6.5.1所示的所示的CB555的功能表。的功能表。表表6.5.1 所示的為所示的為CB555功能表功能表DR輸入輸出 狀態(tài)0低導(dǎo)通1低導(dǎo)通1不變不變1高截止1高截止1Iv2IvovDTCCV32CCV31CCV32CCV31CCV32CCV32CCV31CCV31 555定時(shí)器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)定時(shí)器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，并可承受較大的負(fù)載電流。工作，并可承受較大的負(fù)載電流。 雙極型雙極型555定時(shí)器的電源電壓范圍為定時(shí)器的電源電壓范圍為516V，最大的負(fù)載電流達(dá)，最大的負(fù)載電流達(dá)

16、200mA，CMOS型型7555定時(shí)器的電源電壓范圍為定時(shí)器的電源電壓范圍為318V，但，但最大的負(fù)載電流在最大的負(fù)載電流在4mA以下以下 。6.5.4用用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器定時(shí)器接成的多諧振蕩器(無(wú)穩(wěn)態(tài)無(wú)穩(wěn)態(tài))電路電路 圖圖6.5.6是用是用555定時(shí)器形成的多諧振蕩定時(shí)器形成的多諧振蕩器的連線圖。器的連線圖。R1、R2和和C為外接的定時(shí)元件為外接的定時(shí)元件，觸發(fā)信號(hào)為自給電壓，即，觸發(fā)信號(hào)為自給電壓，即vI=vC。圖圖6.5.6 用用555555定時(shí)器接成的多諧振蕩器定時(shí)器接成的多諧振蕩器 假設(shè)接通電源前，電容電壓假設(shè)接通電源前，電容電壓vC=0。當(dāng)接。當(dāng)接通電源后通電源后,由于

17、電容電壓不能躍變，使由于電容電壓不能躍變，使vI=vC=0Vcc/3，則，則 ,觸發(fā)器被置觸發(fā)器被置成成1狀態(tài)狀態(tài), vO為高電平，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)為高電平，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)同時(shí) =1,使使TD截止，電源通過(guò)截止，電源通過(guò)R1、R2對(duì)電對(duì)電容容C充電，充電，當(dāng)電容電壓上升至當(dāng)電容電壓上升至vI=vC=2Vcc/3時(shí)時(shí)，使使 ，觸發(fā)器被置成，觸發(fā)器被置成0狀態(tài)，狀態(tài)，vO為低電平為低電平,電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài),同時(shí)同時(shí) =0使使TD導(dǎo)通導(dǎo)通,電容電容C通過(guò)通過(guò)TD進(jìn)行放電進(jìn)行放電,當(dāng)電容電壓下當(dāng)電容電壓下降至降至vI=vC=Vcc/3時(shí)，使時(shí)，使 ，工作原理工作原理0, 1DDSRQ1, 0DDSR0, 1DDSRQ觸發(fā)器置觸發(fā)器置1，vO=H，電路重新返回第一暫穩(wěn)，電路重新返回第一暫穩(wěn)態(tài)。如此周而復(fù)始態(tài)。如此周而復(fù)始,形成自激振蕩。圖形成自激振蕩。圖6.5.7給出了各點(diǎn)的工作波形。給出了各點(diǎn)的工作波形。圖圖6.5.7 圖圖6.5.6電路的電壓波形圖電路的電壓波形圖 由圖由圖6.5.7的波形