數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告樓道聲光控制照明燈設(shè)計(jì)論文

1、吉林工程技術(shù)師范學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：樓道聲光控制照明燈設(shè)計(jì)論文目錄第1章：緒論第2章：系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)第3章：硬件電路設(shè)計(jì)與焊接第4章：電路調(diào)試與檢測(cè)第5章：總結(jié)與展望第1章 緒論電子技術(shù)信息電子技術(shù)、電力電子技術(shù)；信息電子技術(shù)模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)目前所用的電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件信息電子技術(shù)主要用于信息處理，電子信息工程技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最迅猛的高新技術(shù)領(lǐng)域之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中具有非常重要的作用，是世界各發(fā)達(dá)國(guó)家中久經(jīng)不衰的熱門專業(yè)之一。在未來十年，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，從國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來看，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊。

2、電子信息產(chǎn)品、通信、數(shù)字家庭、多媒體設(shè)備等新的市場(chǎng)以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級(jí)，都給集成電路產(chǎn)業(yè)帶來新的市場(chǎng)空間。而芯片業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，在本質(zhì)上就是人才的競(jìng)爭(zhēng)。ic業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也從資源與價(jià)格之爭(zhēng)轉(zhuǎn)為人才與資本之爭(zhēng)。 電子信息工程專業(yè)對(duì)人才的社會(huì)需求進(jìn)行了綜合分析，結(jié)合行業(yè)發(fā)展情況和技能型人才需求預(yù)測(cè)，通過對(duì)目標(biāo)崗位群與職業(yè)能力的分析，確定人才培養(yǎng)的目標(biāo)，圍繞“以崗位為目標(biāo)、以技能為本位、以素質(zhì)為基礎(chǔ)”的人才培養(yǎng)要求，構(gòu)建本專業(yè)的理論與實(shí)踐教學(xué)體系。 本專業(yè)主干課程包括：電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、c語言程序設(shè)計(jì)據(jù)庫eda技術(shù)及其應(yīng)用、數(shù)字電路、高頻電路等。這里我們主要就非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路作以深入了解。

3、在自動(dòng)化、電子、通信等領(lǐng)域中，經(jīng)常需要進(jìn)行性能測(cè)試和信息的傳送等，這些都離不開一些非正弦信號(hào)。常見非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路有方波、三角波、鋸齒波產(chǎn)生電路等。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。第2章：系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)21 設(shè)計(jì)要求此次課設(shè)要求設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生方波和三角波的信號(hào)發(fā)生器電路，產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率110hz

4、,可調(diào)，幅度+5v、-5v；產(chǎn)生的三角波信號(hào)頻率110hz,可調(diào)，幅度+8v、-8v，并用led管顯示頻率的變化22 方案論證選擇2.2.1. 積分器可以將方波轉(zhuǎn)換成三角波；比較器可以將三角波轉(zhuǎn)換成方波，因此將兩者串聯(lián)起來后，構(gòu)成閉合回路，就可以產(chǎn)生三角波和方波。 2.2.2. 三角波經(jīng)低通濾波器濾波后就可得到正弦信號(hào)改變積分器的時(shí)間常數(shù)就可以得到正弦波和鋸齒波。 2.2. 3 .由于比較器的工作需要直流穩(wěn)壓源供電，因此還需設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓源.2.2.4 具體方案方案一采用傳統(tǒng)的直接頻率合成器。這種方法能實(shí)現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、

5、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。 方案二采用鎖相環(huán)式頻率合成器。利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（vco）的輸出頻率鎖定在所需要頻率上。這種頻率合成器具有很好的窄帶跟蹤特性，可以很好地選擇所需要頻率信號(hào)，抑制雜散分量，并且避免了量的濾波器，有利于集成化和小型化。但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。而且，由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)，如幅度、頻率 相信都很難控制。方案三:用同相輸入遲滯比較器和積分器兩部分組成,運(yùn)放為ua741。2.2.5 根據(jù)實(shí)際需要決定在面包板上采用方案三的電路設(shè)計(jì)。2.

6、3 設(shè)計(jì)中用到的各電路原理介紹2.3.1. 單門限電壓比較器通過對(duì)單門限電壓比較器的學(xué)習(xí)，我們認(rèn)識(shí)到單門限電壓比較器雖然有電路簡(jiǎn)單靈敏度高的特點(diǎn)，但其抗干擾能力差。如圖所示的單門限電壓比較器及傳輸特性曲線由于在vi=vt=vref附近出現(xiàn)干擾。vo將時(shí)而為voh，時(shí)而為vol，導(dǎo)致比較器輸出不穩(wěn)定。如果用這個(gè)輸出電壓vo去控制電機(jī)，將出現(xiàn)頻繁的起停電現(xiàn)象，這種情況是不允許的。提高抗干擾能力的一種方案是采用遲滯比較器。2.3.2 遲滯比較器顧名思義，遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。如下圖所示電路的具有遲滯比較器。輸出電壓uo通過r2接到同相輸入端，構(gòu)成正反饋。1）當(dāng)uo=+uom時(shí)

7、， 2）當(dāng)u- 時(shí)，uo將由+uom跳變到-uom，。 。3）當(dāng)ui減少，使u-時(shí)，uo將再次由-uom跳變到+uom。其傳輸特性曲線如上圖b所示.由以上分析可知，遲滯比較器有兩個(gè)不同的門限電壓， 稱為上限門限電壓，用uth1表示；把稱為下限門限電壓，用uth2表示，它們的差值稱為門限寬度又稱回差電壓或遲滯寬度（hystersis voltage），用uth表示，即uth =uth2-uth1。4) 遲滯比較器的特點(diǎn)：有兩個(gè)不同的門限電壓；只要門限寬度大于干擾電壓的變化幅度，就能有效的抑制干擾信號(hào)；uth越大，比較器抗干擾能力越強(qiáng)，但分辯率越差。遲滯比較器常用來組成整形、波形產(chǎn)生等電路。單限比

8、較器、遲滯比較器，uref和ui的電壓可由任意端輸入，其工作過程和輸入輸出特性與上述比較器類似。 2.3.3. 方波產(chǎn)生電路1) 用滯回比較器構(gòu)成的方波產(chǎn)生電路如下圖所示。兩個(gè)穩(wěn)壓管的作用是將輸出電壓鉗位在某個(gè)特定的電壓值，它的指導(dǎo)思想是利用電容兩端的電壓作比較，來決定電容是充電還是放電。圖中r和c為定時(shí)元件，構(gòu)成積分電路。由于方波包含極豐富的諧波，因此方波產(chǎn)生電路又稱為多諧振蕩器。還可利用壓控方波產(chǎn)生電路來獲取方波。通常將輸出信號(hào)頻率與輸入控制電壓成正比的波形產(chǎn)生電路稱為壓控振蕩器，它的應(yīng)用也十分廣泛。若用直流電壓作為控制電壓，壓控振蕩器可制成頻率調(diào)節(jié)十分方便的信號(hào)源；若用正弦波電壓作為控制

9、電壓，壓控振蕩器就成了調(diào)頻波振蕩器；當(dāng)振蕩受鋸齒波電壓控制時(shí)，它就成了掃頻振蕩器。2) 簡(jiǎn)單的方波發(fā)生器電路及工作波形如圖所示。 此電路實(shí)際上是一個(gè)遲滯電壓比較器和一個(gè)rc充放電回路構(gòu)成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)組成。由于遲滯電壓比較器的門限電壓隨著輸出電壓的變化而變化，而負(fù)反饋信號(hào)取之電容c上，故由電容c加在反相輸入端的輸入信號(hào)落后于同相端的門限電壓的變化，只有當(dāng)輸入電壓達(dá)到門限電壓后，輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，電路進(jìn)入另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，如此循環(huán)不已，在輸出端得到了周期性的方波信號(hào)。其振蕩頻率為：可見，方波頻率不僅與負(fù)反饋回路參數(shù)有關(guān)，還與正反饋回路的電阻、的比值有關(guān)。圖中和雙向穩(wěn)壓管起到限制輸出電壓幅值的作用。2.3.

10、4 .鋸齒波產(chǎn)生電路 積分電路可將方波變換為線性度很高的三角波，如圖所示通常積分器產(chǎn)生的三角波幅值隨方波輸入信號(hào)的頻率變化。正是為了克服這一缺點(diǎn)，才將積分電路的輸出送給遲滯比較器的輸入，再將它輸出的方波送給積分電路的輸入，從而得到質(zhì)量較高的三角波。鋸齒波與三角波的區(qū)別是：三角波的上升和下降的斜率（指絕對(duì)值）相等，而鋸齒波的上升和下降的斜率不相等(通常相差很多)。鋸齒波常用在示波器的掃描電路或數(shù)字電壓表中。 如果有意識(shí)地使c的充電和放電時(shí)間常數(shù)造成顯著的差別，則在電容兩端的電壓波形就是鋸齒波。圖所示是利用一個(gè)滯回比較器和一個(gè)反相積分器組成頻率可調(diào)節(jié)的鋸齒波發(fā)生電路2.3.5 積分電路積分電路如圖

11、所示，屬于反相放大，反相輸入端為虛地。 流過電容c的電流和電容c兩端的電壓分別為 i2=i1 vo=-vc 輸出電壓 式中， 是t0時(shí)刻輸出電壓(電容c上的電壓)值，即初始值。上式表明，輸出電壓vo為輸入電壓vs對(duì)時(shí)間的積分運(yùn)算，負(fù)號(hào)表示它們的相位相反。2.5.6 ua741介紹1) 外型圖說明:ua741通用高增益運(yùn)算放大器,早些年最常用的運(yùn)放之一，應(yīng) 用非常廣泛，雙列直插8腳或圓筒8腳封裝。工作電壓22v,差分電壓30v,輸入電壓18v,允許功耗500mw.其管腳與o（超低失調(diào)精密運(yùn)放）完全一樣，可以代換的其他運(yùn)放有ua741,ua709,lm301,lm308, lf356,op07，o

12、p37,max427等說明一下ua741 通用放大器,性能不是很好,但滿足一般需求 . 2) ua741內(nèi)部工作原理圖2.5.7 .半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理、特性及應(yīng)用1) led發(fā)光原理發(fā)光二極管是由-族化合物，如gaas（砷化鎵）、gap（磷化鎵）、gaasp（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是pn結(jié)。因此它具有一般p-n結(jié)的i-n特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由n區(qū)注入p區(qū)，空穴由p區(qū)注入n區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光假設(shè)發(fā)光是在p區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光

13、，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在*近pn結(jié)面數(shù)m以內(nèi)產(chǎn)生。理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度g有關(guān)，即1240/eg（mm）式中eg的單位為電子伏特（ev）。若能產(chǎn)生可見光（波長(zhǎng)在380nm紫光780nm紅光），半導(dǎo)體材料的eg應(yīng)在3.261.63ev之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但

14、其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。2） led的特性 允許功耗pm:允許加于led兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，led發(fā)熱、損壞; 最大正向直流電流ifm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管; 最大反向電壓vrm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞; 工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。第3章：硬件電路設(shè)計(jì)3.1 .設(shè)計(jì)電路原理圖根據(jù)以上對(duì)各個(gè)電路元件的功能，原理的分析，以及三角波發(fā)生器設(shè)計(jì)電路的要求可設(shè)計(jì)電路如圖所示3.2 .電路參數(shù)的計(jì)算3.

15、2.1 .穩(wěn)壓管限流阻值的計(jì)算1) 電路圖如圖所示2) 具體計(jì)算過程 vl=vz，由于負(fù)載所消耗的功率pl=vlil，所以負(fù)載電流的最大值ilmax=pl（max）/vl。選取限流電阻的r時(shí)，必須保證穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)。r太大可能使iz太小，無法使穩(wěn)壓管反向擊穿；r太小可能使iz太大，燒毀穩(wěn)壓管。所以，在保證穩(wěn)壓管可靠擊穿情況下，盡可能選較大的r阻值。根據(jù)電路，可得到限流電阻r的關(guān)系式r3=（vi-vz）/（iz+il）考慮到最壞的情況，即當(dāng)輸入電壓最小vi=vi（min），使負(fù)載電流最大il（max），r3的最大值必須保證穩(wěn)壓管中的電流大于iz（max），即（vi-vz）/r（max）

16、-il（max）iz（min）一般穩(wěn)壓管的iz（min）為幾毫安到幾十毫安，比izt略小。根據(jù)電路所給的元件，穩(wěn)壓管型號(hào)為2cw52，其穩(wěn)壓電壓為3.24.5v，穩(wěn)壓電流iz為10ma,最大穩(wěn)定電流為55ma，耗散功率為pm=0.25mpl=vl2/r4=25/330*330=0.0002,il(max)=.0002/5=0.04ma所以r（max）(12-5)/(10+0.04)ma=388考慮到實(shí)際操作中二極管的影響,其限流電阻阻值采用1k.3.2.2 電路中各阻值比例計(jì)算 v01=+vz=+5v v0=vi=vt=(-r1/r2)vo1;vo/vo1=-r1/r2=8/5 根據(jù)所給的元件

17、值,選擇r1=510,r2=330 3.2.3 電路工作原理文字說明第4章：電路調(diào)試與檢測(cè)第5章：總結(jié)與展望通過對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到調(diào)試過程中，我個(gè)人感覺調(diào)試部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過程，沒有經(jīng)驗(yàn)是