電子技術(shù)課程設(shè)計.ppt

1、題目一：交通燈控制電路設(shè)計題目二：超聲波測距儀,時間安排 17周周五之前： 設(shè)計出完整的電路圖并讓老師檢查簽字。 仿真文件發(fā)送至： 17周周六、周日： 發(fā)電路元件，根據(jù)教師簽字的電路原理圖和教師擬訂推薦元件表發(fā)元件。 18周周六、周日： 收設(shè)計報告和實物。,提交的報告與實物要求,1、報告：每人獨立完成一份報告 如果是一個小組合作完成，需注明任務(wù)的具體分工，報告內(nèi)容有側(cè)重點。 18周六上午交報告。 2、實物 完成整機(jī)調(diào)試、波形記錄與數(shù)據(jù)分析，需教師現(xiàn)場檢查通過。18周六上午交實物裝置。,3 、電路主要元器件的選型與參數(shù),介紹電路設(shè)計的思路與原理框圖，闡述各模塊電路的工作原理與功能要求，主電路的工

2、作流程。,1、引言,2 、電路的設(shè)計,介紹所設(shè)計電路的應(yīng)用背景。,闡述核心元器件的管腳、結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)和工作原理，以及外圍元件。進(jìn)行必要的電路計算與參數(shù)選擇。,課程設(shè)計報告的內(nèi)容要求,5、硬件電路的安裝與調(diào)試（部分小組） 分別對各模塊電路進(jìn)行安裝，測試，記錄測試波形與數(shù)據(jù)。最后，完成整機(jī)的統(tǒng)調(diào)和測試。,6、小結(jié),簡述設(shè)計過程中的收獲與體會。,7、參考文獻(xiàn),列舉4-8篇文章、指導(dǎo)書或者網(wǎng)站。,4、電路的仿真分析 對各模塊電路進(jìn)行仿真，提供仿真波形與數(shù)據(jù)分析,課程設(shè)計報告的內(nèi)容要求,課程設(shè)計實作的選拔條件,1、必須首先完成仿真 需要提供仿真電路并能正常運(yùn)行，能夠達(dá)到題目的要求，能夠解釋其工作原理，

3、參數(shù)選擇的依據(jù)等。 2、設(shè)計有創(chuàng)新點的小組，機(jī)會優(yōu)先 3、電路的仿真分析要求 分別對各模塊電路進(jìn)行仿真，記錄波形，并建立子電路。 建議：總電路是多個子電路的調(diào)用和綜合。便于檢查問題、排除故障。,1 、掌握、訓(xùn)練數(shù)字系統(tǒng)的綜合設(shè)計方法，以及對各基本電路功能的運(yùn)用和測試方法。,一、設(shè)計目的,2、學(xué)習(xí)掌握各個基本電路之間級連以及應(yīng)當(dāng)注意的事項；熟悉各基本電路的輸入與輸出應(yīng)滿足的條件；正確闡述電路中各參數(shù)的意義。,3、學(xué)會在數(shù)字系統(tǒng)中正確使用數(shù)字集成電路；學(xué)會查閱、讀懂?dāng)?shù)字集成電路手冊。,交通燈控制電路的設(shè)計,1、設(shè)計一個十字交叉路口交通燈自動控制電路，要求主干道和支干道兩條交叉道路上的車輛交替行駛通

4、過，每次通行時間可任意設(shè)定。,二、設(shè)計任務(wù)與要求,3、采用數(shù)碼管顯示每個狀態(tài)的時間。,2、在黃燈亮過5秒鐘后，才能變換車輛通行道路方向及行人允許通過道路的方向。,系統(tǒng)主要由秒脈沖信號發(fā)生器、控制器、定時器、譯碼器等部分組成。 秒脈沖信號發(fā)生器是系統(tǒng)中定時器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源。 控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。 譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作。,圖1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖,三、設(shè)計原理與分析,1分析系統(tǒng)的邏輯功能及其框圖,2、交通燈控制器的工作流程,主干道綠燈亮?xí)r，支干道紅燈亮。（Z0狀態(tài)） 此時主干道上的車輛允許通行，支干道禁止通行。綠燈亮足

5、規(guī)定時間TL后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。,主干道黃燈亮?xí)r，支干道紅燈亮。 （Z1狀態(tài)） 此時支干道上的車輛禁止通行，主干道上已過停車線的車輛允許通行，未過停車線的車輛禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間TY后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。,主干道紅燈亮?xí)r，支干道綠燈亮。 （Z2狀態(tài)） 支干道上的車輛允許通行，主干道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定時間TL后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。,主干道紅燈亮?xí)r，支干道黃燈亮。 （Z3狀態(tài)） 此時主干道上的車輛禁止通行，支干道上已過停車線的車輛允許通行，未過停車線的車輛禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間TY后，控制器發(fā)出狀態(tài)

6、轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到第種工作狀態(tài)。,為了簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，即：,圖2 交通燈的工作狀態(tài)流程圖,AG = 1：主干道綠燈亮； BG =1：支干道綠燈亮； AY = 1：主干道黃燈亮； BY =1：支干道黃燈亮； AR = 1：主干道紅燈亮； BR =1：支干道紅燈亮；,四、電路設(shè)計參考,本設(shè)計可采用555定時器組成秒脈沖信號發(fā)生器，即利用555構(gòu)成周期為1S的多諧振蕩器。振蕩周期的計算公式為：T0.7(R1+2R2)C，合理設(shè)置電阻和電容的大小即可得到秒脈沖信號，具體參考電路如右圖：,1、秒脈沖信號電路,采用555定時器要精確的輸出1Hz的脈沖，對電容值和電阻值的精度要求

7、很高。因此，也可以采用石英晶體振蕩器構(gòu)成秒脈沖信號發(fā)生器，如右圖所示為CMOS器件組成的晶體振蕩電路。 石英晶體頻率為f0=32768Hz，CMOS門1用于振蕩， CMOS門2用于緩沖整形。Rf是反饋電阻，通常在幾十兆歐之間選取，一般選22M。R起穩(wěn)定振蕩作用，通常取十至幾百千歐。C1是頻率微調(diào)電容器，C2用于溫度特性校正。輸出經(jīng)14位2進(jìn)制計數(shù)器和1個1位2進(jìn)制計數(shù)器進(jìn)行分頻即可得到秒脈沖。,推薦選用74LS163計數(shù)器進(jìn)行設(shè)計。74LS163是4位二進(jìn)制同步計數(shù)器，它具有同步清零，同步置數(shù)的功能。建議定時器采用兩片計數(shù)器74LS163來設(shè)計，下圖為定時器參考電路圖。,定時器由系統(tǒng)秒脈沖和同

8、步計數(shù)器構(gòu)成，要求計數(shù)器在狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST作用下首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進(jìn)行加1計數(shù)，向控制器提供5秒的黃燈定時信號TY和紅燈或綠燈定時信號TL。,2定時器,控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該按照交通管理規(guī)則控制信號燈，能夠滿足控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行交通信號燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。根據(jù)交通燈的工作狀態(tài)流程圖，可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下：,3控制器,本設(shè)計推薦選用74LS74（雙D觸發(fā)器）構(gòu)成時序寄存器，它們的輸出作為控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY。,74LS74管腳圖,74LS74真值表,根據(jù)交通燈的控制器狀狀態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)換表，可以推出控制器方程和轉(zhuǎn)換

9、信號方程；即將控制器的輸出 、 和ST為1的項所對應(yīng)的輸入和狀態(tài)條件變量相與，其中“1”用原變量表示，“0”用反變量表示，然后將各與項再相或，即有：,本設(shè)計推薦選用4選一數(shù)據(jù)選擇器（74LS153）來實現(xiàn)74LS74中兩個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的初始狀態(tài)值 、 加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號，這樣即可實現(xiàn)控制器的功能。,顯示電路包括數(shù)碼管時間顯示電路和發(fā)光二級管模擬紅綠燈兩個部分。數(shù)碼管時間顯示電路由定時器輸出對應(yīng)的時間經(jīng)譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示每個狀態(tài)的時間。發(fā)光二級管模擬紅綠燈電路跟控制器的輸出信號有關(guān)，根據(jù)交通燈的工作狀態(tài)流程圖，可以列出紅綠燈與控制器輸出信號的關(guān)系如下表：

10、,主干道：,支干道：,4. 顯示電路,五、發(fā)揮部分,1、計數(shù)器可采用減法計數(shù)方式； 2、主干道和支干道的通行時間可設(shè)置為不同； 3、黃燈的最后3秒閃爍，且每秒鐘閃爍兩次。,超聲波測距儀,語音/可視倒車?yán)走_(dá),超聲波傳感器,盲人手杖,1、掌握便攜式超聲波傳感器、波形發(fā)生電路的性能與應(yīng)用； 2、掌握常用運(yùn)算放大電路、數(shù)字集成電路、555電路的功能和使用。,一、設(shè)計目的,超聲波測距儀,1、應(yīng)用于車輛倒車、盲人手杖等測距，攜帶方便。 2、 三位LED數(shù)字動態(tài)顯示車與障礙物之間的距離，距離測量范圍為0.3-5m，測量精度為1cm。 發(fā)揮部分 具有蜂鳴提示音，小于1m時具有報警提示功能。,二、設(shè)計任務(wù)與要求

11、,1、超聲波傳感器,20kHz以上的聲音稱為超聲波，音頻范圍為100Hz20kHz。 超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)，為此可制成超聲波傳感器。另外，超聲波在空氣中傳播的速度較慢，約為340m/s，這就使得超聲波傳感器使用變得非常簡單。超聲波傳感器的諧振頻率(中心頻率)有23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz等。諧振頻率變高，則檢測距離變短，分解力也變高。,三、設(shè)計原理與分析,2、工作原理及框圖,四、電路設(shè)計參考,1.超聲波發(fā)射電路的基本工作原理,T/R-40-16便可發(fā)射出一串40kHz的超聲波信號。 工作電壓9V，工作電流25mA，控制距

12、離可達(dá)8m。,超聲波發(fā)射電路參考方案一: 分立元件構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路,從555的3腳輸出的40kHz的振蕩脈沖驅(qū)動T-40-16工作，使之發(fā)射出40kHz的超聲波信號。電路工作電壓為9V，工作電流為4045mA,控制距離大于8m。,超聲波發(fā)射電路參考方案二: 555諧振電路構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路,用CMOS反相器和石英晶振產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768z的方波信號，通過分頻電路，實現(xiàn)40kHz超聲波信號輸出。,超聲波發(fā)射電路參考方案三: 石英晶振構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路,超聲波發(fā)射電路推薦方案,超聲波發(fā)射電路的信號波形分析,2.超聲波接收電路的基本工作原理,超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號

13、放大電路及波形變換電路三部分。 由于經(jīng)接收頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。正弦波信號需要變換為直流信號以判斷是否有回波及回波的大小。,超聲波接收電路參考方案一: 雙穩(wěn)態(tài)超聲波接收電路,超聲波接收電路參考方案二: 通用型超聲波接收電路,超聲波接收電路推薦方案,峰值檢波電路,檢波電路工作原理和波形分析,超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射40kHz的超聲波。在發(fā)射超聲波的同時，計數(shù)器開始計數(shù)。超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就會立即返回來。接收器收到反射波后就將回波信號送到比較器，計數(shù)器立即停止計數(shù)。計數(shù)器所計的時間就是超聲波從傳感器到被測物的往返時間。 超聲波在空氣中的傳播速度設(shè)定

14、為340m/s，根據(jù)計數(shù)器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離s，即：s=340t/2。,如何直接顯示障礙物的距離s？,3.超聲波計數(shù)與顯示部分,超聲波計數(shù)與顯示推薦方案,五、推薦電路總體介紹,工作原理分析,一片3位十進(jìn)制計數(shù)器，但只有1個輸出端，要完成3位輸出，采用掃描輸出方式，通過它的選通脈沖信號，依次控制3位十進(jìn)制的輸出，從而實現(xiàn)掃描顯示方式。,引腳圖,CD4553/CC4553,CD4553 3位數(shù)計數(shù)器時序圖,電路焊接注意事項,（1）電烙鐵使用前要上錫，具體方法是：將電烙鐵燒熱，待剛剛能熔化焊錫時，涂上助焊劑(松香)，再用焊錫均勻地涂在烙鐵頭上，使烙鐵頭均勻的吃上一層錫(亮

15、亮的薄薄的就可以)。 （2）在進(jìn)行普通焊接的時候(比如在萬能板上焊接直插式元件)，一手烙鐵，一手焊錫絲，靠近根部，兩頭輕輕一碰，一個焊點就形成了。 （3）在萬能板上焊接直插元件時，要將引腳盡量插到底。 （4）焊接時間不宜過長，否則容易燙壞元件，必要時可用鑷子夾住管腳幫助散熱。 （5）焊接完成后，要用酒精把線路板上殘余的助焊劑清洗干凈，以防炭化后的助焊劑影響電路正常工作。 （6）電烙鐵應(yīng)放在烙鐵架上。,1、正確使用電烙鐵,宗旨：先難后易，先低后高，先貼片后插裝；焊接方便，節(jié)省時間。 先焊接難度大的，這主要是指管腳密集的貼片式集成芯片。如果把這些難度大的放于最后焊接，一旦焊接失敗把焊盤搞壞，那就會前功盡棄。 先低后高，先貼