樓道觸摸延時節(jié)能燈設(shè)計（含PCB圖）電子技術(shù)課程設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計 專業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 班級： 073052 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 成績： 完成日期： 2009 年 1 月 14 日任 務(wù) 書題目：樓道觸摸延時節(jié)能燈設(shè)計內(nèi)容及要求：設(shè)計觸摸延時開關(guān)式節(jié)能燈，手觸摸開關(guān)的感應(yīng)金屬片后，燈立即點亮。人通過樓道一定時間后，燈自動熄滅。設(shè)計要求1、設(shè)計出樓道觸摸延時節(jié)能燈的電路圖。2、說明電路的組成結(jié)構(gòu)和電路的工作原理。3、計算滿足要求的各元器件的數(shù)值及選擇的實際元件的型號。4、用元件連接成電路，并調(diào)試成功。5、研究燈點亮延遲時間的調(diào)整。列出燈點亮延遲時間10秒、30秒、60秒、90秒、120秒、180秒時，有關(guān)元

2、件的數(shù)據(jù)。設(shè)計環(huán)境：在面包板上用元件連接電路，并用實驗室的儀器進(jìn)行調(diào)試。實現(xiàn)目標(biāo)：1、完成電路的連接，并調(diào)試成功。2、完成課題研究內(nèi)容。任 務(wù) 書題目：聲控閃光電路設(shè)計內(nèi)容及要求：設(shè)計聲控閃光電路。聲音控制燈的閃光，燈的閃光隨聲音的強(qiáng)度改變亮度和閃光時間。設(shè)計要求：1、設(shè)計出聲控閃光電路的電路圖。2、說明電路的組成結(jié)構(gòu)與工作原理。3、計算滿足要求的各元器件的數(shù)值及選擇的實際元件的型號。4、用元件連接成電路，并調(diào)試成功。設(shè)計環(huán)境： 在面包板上用元件連接電路，并用實驗室的儀器進(jìn)行調(diào)試。實現(xiàn)目標(biāo)：完成電路的連接，并調(diào)試成功。任 務(wù) 書題目：彩燈循環(huán)顯示電路設(shè)計內(nèi)容及要求：設(shè)計彩燈循環(huán)顯示電路?？刂剖?/p>

3、只彩燈順序輪流點亮，并且一直循環(huán)。暫停按鈕控制循環(huán)停止與循環(huán)繼續(xù)。設(shè)計要求 1、設(shè)計出彩燈循環(huán)顯示控制電路的電路圖。2、說明電路的組成結(jié)構(gòu)和電路的工作原理。3、計算滿足要求的各元器件的數(shù)值及選擇的實際元件的型號。4、用元件連接成電路，并調(diào)試成功。5、研究循環(huán)速度的調(diào)整方法。設(shè)計環(huán)境： 在面包板上用元件連接電路，并用實驗室的儀器進(jìn)行調(diào)試。實現(xiàn)目標(biāo)：1、完成電路的連接，并調(diào)試成功。2、完成課題研究內(nèi)容。任 務(wù) 書題目：搶答器設(shè)計內(nèi)容及要求：設(shè)計搶答器電路。搶答器有四路輸入，搶答器有復(fù)位功能，最先搶答一路為紅燈顯示和聲音顯示，同時互鎖其它各路輸入。設(shè)計要求：1、設(shè)計出搶答器的電路圖。2、說明電路的組

4、成結(jié)構(gòu)與工作原理。3、計算滿足要求的各元器件的數(shù)值及選擇的實際元件的型號。4、用元件連接成電路，并調(diào)試成功。5、研究如何加入搶答顯示功能，用數(shù)碼管顯示第幾路優(yōu)先搶答。 設(shè)計環(huán)境： 在面包板上用元件連接電路，并用實驗室的儀器進(jìn)行調(diào)試。實現(xiàn)目標(biāo)：1、完成電路的連接，并調(diào)試成功。2、完成課題研究內(nèi)容。目 錄1 樓道觸摸延時節(jié)能燈11.1 總體方案的選擇11.1.1 觸摸感應(yīng)電路的選擇11.1.2 開關(guān)電路的選擇11.1.3 定時電路的選擇11.1.4 觸摸延時開關(guān)的整體電路21.2 電路的工作原理21.3 元件的計算及選擇31.3.1 觸摸感應(yīng)電路元件的選擇31.3.2 開關(guān)電路元件的選擇31.3.

5、3 定時電容的選擇41.4 元件表41.5 組裝與調(diào)試51.5.1 觸摸感應(yīng)電路的組裝與調(diào)試51.5.2 開關(guān)電路的組裝與調(diào)試51.5.3 定時電路的組裝與調(diào)試51.6 燈點亮延遲時間調(diào)整的研究52 聲控閃光電路62.1 總體方案的選擇62.1.1 發(fā)聲電路的選擇62.1.2 控制電路的選擇62.1.3 發(fā)光電路62.1.4 聲控閃光電路的電路72.2 電路的工作原理72.3 元件的計算及選擇82.3.1 發(fā)聲電路的選擇82.3.2 控制電路的選擇82.3.3 發(fā)光電路的選擇82.4 元件表92.5 組裝與調(diào)試92.5.1 發(fā)聲電路的組裝與調(diào)試92.5.2 控制電路的組裝與調(diào)試92.5.3 發(fā)

6、光電路的組裝與調(diào)試92.6 對本題目的研究內(nèi)容103 彩燈循環(huán)顯示電路113.1 總體方案的選擇113.1.1 振蕩電路的選擇113.1.2 計數(shù)器/譯碼分配器的選擇113.1.3 顯示電路的選擇123.1.4 彩燈循環(huán)顯示電路123.2 電路的工作原理133.3 元件的計算及選擇133.3.1 振蕩電路元件的選擇133.3.2 計數(shù)器/譯碼分配器元件的選擇143.3.3 顯示電路元件的選擇143.4 元件表153.5 組裝與調(diào)試153.5.1 振蕩電路的組裝與調(diào)試153.5.2 計數(shù)器/譯碼分配器的組裝與調(diào)試153.5.3 顯示電路的組裝與調(diào)試153.5.4 電路調(diào)試的注意事項153.5.5

7、 故障分析與處理164 四路搶答器174.1 總體方案的選擇174.1.1 四路搶答器總體方案的設(shè)計174.1.2 四路搶答器的四個組成部分174.1.3 搶答電路的選擇174.1.4 自鎖電路的選擇184.1.5 報警電路的選擇184.1.6 時序控制電路194.1.7 四路搶答器的整體電路194.2 電路的工作原理204.2.1 芯片簡介204.2.2 原理214.3 元件的計算及選擇214.3.1 搶答電路的選擇214.3.2 自鎖電路的選擇214.3.3 振蕩電路的選擇214.3.4 時序控制電路的選擇214.4 元件表224.5 組裝與調(diào)試224.5.1 按電路圖接線224.5.2

8、單元電路檢測234.5.4 系統(tǒng)連調(diào)23附錄a24附錄b25附錄c26附錄d27附錄e28附錄f291 樓道觸摸延時節(jié)能燈1.1 總體方案的選擇三個組成部分：觸摸感應(yīng)電路，開關(guān)電路和定時電路。1.1.1 觸摸感應(yīng)電路的選擇vt1為npn，vt2為npn，當(dāng)m端懸空時，電信號為低電平，vt1，vt2處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)m端導(dǎo)通，電信號為高電平，vt1處于放大狀態(tài)，vt2處于飽和狀態(tài)。電路如圖1.1所示：圖1.1 觸摸感應(yīng)電路圖1.1.2 開關(guān)電路的選擇vt3為pnp型三極管，懸空時vt3處于截止?fàn)顟B(tài)。導(dǎo)通時，vt3處于飽和狀態(tài)。電路如圖1.2所示：圖1.2 開關(guān)電路圖1.1.3 定時電路的選擇由電容

9、c，r2和r3組成。電路如圖1.3所示：圖1.3 定時電路圖1.1.4 觸摸延時開關(guān)的整體電路把以上選擇的各部分電路組合，就是確定的觸摸延時開關(guān)的整體電路 ，如圖1.4所示：圖1.4 觸摸延時開關(guān)電路圖1.2 電路的工作原理觸摸感應(yīng)電路的作用是將人體觸摸轉(zhuǎn)換成電信號，無觸摸時電信號為低電平，有觸摸時電信號為高電平。人體本身帶有一定電荷，當(dāng)人的手接觸導(dǎo)體時，這些電荷就經(jīng)人體轉(zhuǎn)移到導(dǎo)體上，形成瞬間的微弱電流。這一微弱電流經(jīng)過三極管放大后，就可以控制較大的負(fù)載開關(guān)動作。此電路是由金屬片m，三極管放大rc延時及三極管開關(guān)電路構(gòu)成的觸摸延時電路。vt1和vt2組成直接耦合的兩級放大電路，vt3構(gòu)成開關(guān)電

10、路。當(dāng)無觸摸時，電信號為低電平，金屬片m和限流電阻r6接在vt1的基極，當(dāng)懸空時，vt1的發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏,所以vt1處于截止?fàn)顟B(tài),vt2的發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏,vt2處于截止?fàn)顟B(tài)，因此vt3也截止，led中無電流流過而不發(fā)光。當(dāng)人手觸摸金屬片m時，電信號為高電平,人體電荷經(jīng)r6流入vt1基極，vt1迅速導(dǎo)通將此瞬間電流放大后驅(qū)動vt2飽和導(dǎo)通，使vt2的集電極電位降為低電平，并使vt3也隨之導(dǎo)通，led中有電流流過而發(fā)光。此時，vt1的發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏,所以vt1處于放大狀態(tài),vt2的發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)正偏,所以vt2處于飽和狀態(tài)。vt3同理vt2，處于飽和狀態(tài)。在vt2瞬間飽

11、和和導(dǎo)通的同時，集電極電流對電容c快速充電至接近12v，但瞬間電流消失后，vt1和vt2截止，由于c分別與r3和vt3發(fā)射結(jié)及r2構(gòu)成放電回路的時間常數(shù)較大，使c所儲存的電荷放電比較慢，vt3在一段時間內(nèi)仍保持導(dǎo)通，led繼續(xù)發(fā)光，知道vt3的集電極電流減小到不足以使led發(fā)光。vt3導(dǎo)通的延遲時間主要由r2，r3和c的大小決定。如要進(jìn)一步增大延遲時間，可加大c容量。除上述主要因素外，vt2的值大小.空氣的適度對延遲時間也有影響，為保觸摸時vt2迅速飽和，vt2管選擇值大的9013。在實際應(yīng)用中，用繼電器.可控硅等執(zhí)行原件取代r4，r5和led，就可控制較大的負(fù)載。1.3 元件的計算及選擇1.

12、3.1 觸摸感應(yīng)電路元件的選擇（1）三極管的選擇為提高感應(yīng)電路的靈敏度,vt2應(yīng)選高的三極管；vt1選擇穿透電流（iceo）小的三極管，否則不觸摸時，也會使vt2導(dǎo)通工作。（2）電阻的選擇 r2應(yīng)盡量大，這樣才能使當(dāng)有微弱的觸摸信號時電路就達(dá)到飽和。r2也是組成放大回路的元件，所以r2必須很大，r2取2.2m。vt2的集電極臨界飽和電流: ics=ucc/=12/2200=0.005ma (1.1)vt2的基極臨界飽和電流: ibs=ics/=0.005/100=0.05a (1.2) 為保證vt1順利導(dǎo)通，放大感應(yīng)電流，并使其工作在放大狀態(tài)，所以r1取值1k，r6起保護(hù)作用，取1m。1.3.

13、2 開關(guān)電路元件的選擇（1）發(fā)光二極管的驅(qū)動電流發(fā)光二極管的工作電流為5-10ma，導(dǎo)通壓降為2-3v，r5為限流電阻約為300。（2）為使vt3導(dǎo)通時能向發(fā)光二極管提供足夠的驅(qū)動電流，vt3由截止轉(zhuǎn)換為飽和，r4應(yīng)取足夠大，約為51k。（3）vt3導(dǎo)通時，ics為發(fā)光二極管的驅(qū)動電流10ma。ibs=ics/=10/100=0.1ma (1.3)ibibs時，保證vt3飽和導(dǎo)通，ib取0.11mar3=(12-0.6-0.3)/0.11100k (1.4)1.3.3 定時電容的選擇電容的放電回路為r2，r3 與c組成。時間常數(shù)為： (1.5)當(dāng)時間為時,電容基本放電完畢，c=30/3(r2/

14、r3)105f (1.6)取c=100f。1.4 元件表表1.1 觸摸延時開關(guān)元件表元件名稱符號型號數(shù)量三極管npnvt3dg61三極管npnvt90131三極管pnpvt90121電阻r11k1電阻r22.2m1電阻r3100k1電阻r451k1電阻r53001電阻r61m1電阻r71k1電解電容c100/16v1發(fā)光二極管led任意11.5 組裝與調(diào)試1.5.1 觸摸感應(yīng)電路的組裝與調(diào)試首先連接vt1，vt2，r1，r2，r6，r6懸空端連接一段導(dǎo)線代替金屬片m。接電源后，用電壓表測量vt2的集電極電位，在手觸摸m前后的變化，手觸摸m前為高電平，手觸摸m后為的電平。1.5.2 開關(guān)電路的組

15、裝與調(diào)試前步調(diào)試好后，斷開電源。再連接vt3，r3，r4，r5，led通電后，用手觸摸m，led應(yīng)點亮。1.5.3 定時電路的組裝與調(diào)試前步調(diào)試好后，斷開電源。最后連接c。通電后，用手觸摸m，led點亮后持續(xù)一段時間后熄滅。1.6 燈點亮延遲時間調(diào)整的研究（1）論述燈點亮延遲時間與哪些元件有關(guān)？答：調(diào)整元件c、r2，r3將影響燈點亮延遲時間。（2）列出led點亮延遲時間10s，30s，60s，90s，120s，180s時，r2 =3m，r3=150k元件取值的測試數(shù)據(jù)，見表1.2所示：表2.2 元件取值表cr3r2延遲時間20f150k3m10s60f150k3m30s120f150k3m60

16、s180f150k3m90s240f150k3m120s360f150k3m180s2 聲控閃光電路2.1 總體方案的選擇聲控閃光電路包括三個組成部分：發(fā)聲電路、控制電路、發(fā)光電路。2.1.1 發(fā)聲電路的選擇發(fā)聲電路的作用是將人的聲音信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，然后經(jīng)電容c1送到電路中，完成此功能只要一個電阻和一個電容。電路如圖2.1所示：圖2.1 發(fā)聲電路圖2.1.2 控制電路的選擇控制電路的作用是把電信號經(jīng)電容c1送至三極管vt1基極進(jìn)行放大vt1、vt2組成兩級直耦式放大器，選取合適的r2與r5使無聲波信號時vt1剛好處于導(dǎo)通狀態(tài)，vt1集電極即vt2基極為低電平有聲波信號后就有音頻信號注入

17、vt1的基極，其信號負(fù)半周就使vt1退出飽和區(qū)其集電極即vt2基極電位升高，vt2導(dǎo)通。電路如圖2.2所示：圖2.2 控制電路圖2.1.3 發(fā)光電路發(fā)光電路的選擇是無聲波信號時，發(fā)光二極管不亮，光接受到聲波信號后發(fā)光二極管就點亮發(fā)光。電路如圖2.3所示：圖2.3 發(fā)光電路圖2.1.4 聲控閃光電路的電路把以上選擇的各部分電路組合，就是確定的聲控閃光電路，如圖2.4所示：圖2.4 聲控閃光電路圖2.2 電路的工作原理聲控閃光電路主要由拾音器，晶體管兩極直接耦合放大電路和發(fā)光二極管等構(gòu)成。靜態(tài)時，vt1處于臨界飽和狀態(tài)，=0.3v，vbe2=0,所以vt2截止，那么vcc，所以led不發(fā)光。r1給

18、電容話筒mic提供偏置電流，當(dāng)話筒拾取室內(nèi)環(huán)境中的聲波信號后即轉(zhuǎn)為相應(yīng)的電信號，經(jīng)電容r1送至vt1基極進(jìn)行放大。vt1、vt2組成兩級直接耦合放大電路，電路雖然簡單，但設(shè)計巧妙。選取合適的r2、r5，使無聲波信號時，就有音頻信號注入vt1的基極，其信號的負(fù)半周將使vt1退出飽和，vt1的集電極即vt2的基極電位升高，vt2導(dǎo)通，led點亮發(fā)光。當(dāng)輸入音頻信號較弱時，不足以使vt1退出飽和區(qū)，led仍保持熄滅狀態(tài)。只有信號較強(qiáng)時，發(fā)光二極管才點亮發(fā)光。所以，led能隨著環(huán)境聲音（如音樂）信號的強(qiáng)弱起伏而閃爍發(fā)光。2.3 元件的計算及選擇2.3.1 發(fā)聲電路的選擇只需微型mic和使交流信號通過的

19、電容r1，取4.7k和c1取1。2.3.2 控制電路的選擇（1）三極管的選擇為使聲控閃光電路的靈敏度高，vt1應(yīng)選擇值高的三極管vt2選擇穿透電流小的三極管，否則沒有聲音的時候vt1也將退出飽和狀態(tài)。（2）電阻的選擇為使聲控閃光電路可靠的工作只要有微弱的聲音vt1就到達(dá)飽和狀態(tài)，電阻r2必須很大所以選1m。vt1的集電極飽和電流 (2.1)為使vt1工作在放大狀態(tài)所以r3選10k，r4起分壓的作用幾k范圍內(nèi)即可，所以選4k。2.3.3 發(fā)光電路的選擇發(fā)光二級管的工作電流為5-10ma，導(dǎo)通壓降為2-3v為使vt2導(dǎo)通時能向發(fā)光二極管提供足夠的驅(qū)動電流并使vt2很容易由截止轉(zhuǎn)換成飽和狀態(tài)，r3取

20、10k。2.4 元件表表2.1 聲控閃光電路元件名稱符號型號數(shù)量電阻r14.7k1電阻r21m1電阻r310k1電阻r44 k1電容c111電容 c2471三極管vt190131三極管vt290131發(fā)光二極管led任意2麥克mic任意12.5 組裝與調(diào)試2.5.1 發(fā)聲電路的組裝與調(diào)試麥克的靈敏度和三極管的放大倍數(shù)值是有一定的離散性的，離話筒0.5米左右，用普通大小聲音講話。2.5.2 控制電路的組裝與調(diào)試通電后先測試vt1的集電極電位，使其在0.2-0.4v之間，如果該電壓太低，則施加聲音信號后，vt1不能退出飽和，vt2則不能導(dǎo)通；如果該電壓超過vt2的死區(qū)電壓，則靜態(tài)時vt2就導(dǎo)通。2

21、.5.3 發(fā)光電路的組裝與調(diào)試連通電源后，發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管并沒有發(fā)光，先用萬用表檢測發(fā)光二極管有沒有損壞，若沒有，在檢測發(fā)光二極管的正負(fù)有沒有接反。待發(fā)光二極管亮了以后，發(fā)現(xiàn)它并沒有因為聲音的大小而引起發(fā)光二極管的變化，于是又用萬用表測了揚(yáng)聲器有沒有壞，也沒壞；檢查電路是否都導(dǎo)通。用萬用表連接揚(yáng)聲器的一端，揚(yáng)聲器沒有響，說明沒有焊接好，重焊，在檢測。最后當(dāng)人的說話聲低于一定值時，彩燈不亮；當(dāng)人的說話高低于一定值時，彩燈會隨著聲音的有無而不斷的閃爍。說明設(shè)計完成。2.6 對本題目的研究內(nèi)容 (1)針論述燈點亮延時時間與哪些元件有關(guān)？答：調(diào)整元件c、將影響燈點亮延遲時間。(2)對該電路的看法答：聲控

22、閃光電路是通過改變聲音的大小和電路中電阻的阻值來完成的。由于r2的阻值交大，所以我們可以改變的r2阻值，為了方便起見可以在其中接滑動變阻器rp，將rp從小到大慢慢改變，觀察現(xiàn)象。 3 彩燈循環(huán)顯示電路3.1 總體方案的選擇三個組成部分：振蕩電路，計數(shù)器譯碼分配器，顯示電路。3.1.1 振蕩電路的選擇主要用來產(chǎn)生時間基準(zhǔn)信號（脈沖信號）。因為循環(huán)彩燈對頻率的要求不高，只要能產(chǎn)生高低電平就可以了，且脈沖信號的頻率可調(diào)，所以采用555定時器組成的振蕩器，其輸出的脈沖作為下一級的時鐘信號，如圖3.1所示圖3.1 555定時器組成的振蕩電路圖3.1.2 計數(shù)器/譯碼分配器的選擇計數(shù)器是用來累計和寄存輸入

23、脈沖個數(shù)的時序邏輯部件。在此電路中采用十進(jìn)制計數(shù)分頻器cd4017，它是一種用途非常廣泛的電路。其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是o0、o1、o2、o9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。cd4017有3個輸（mr、cp0和cp1），mr為清零端，當(dāng)在mr端上加高電平或正脈沖時其輸出o0為高電平，其余輸出端（o1o9）均為低電平。cp0和cpl是2個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數(shù)，則信號由cp0端輸入；若要用下降沿來計數(shù)，則信號由cpl端輸入。設(shè)置2個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。cd4017有10個輸出端（o0o9

24、）和1個進(jìn)位輸出端o5- o9。每輸入10個計數(shù)脈沖，o5- o9就可得到1個進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。由此可見，當(dāng)cd4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。圖3.2 cd4017引腳圖3.1.3 顯示電路的選擇主要由發(fā)光二極管組成，如圖3.3所示。當(dāng)cd4017的輸出端依次輸出高電平時,驅(qū)動發(fā)光二極管也依次點亮，產(chǎn)生一種流動變化的效果。發(fā)光二極管要求驅(qū)動電壓小一點，一般在1.66 v左右，電流在5 ma左右。彩燈的循環(huán)速度由脈沖源頻率決定。r、c構(gòu)成微分電路，用于上電復(fù)位。如有興趣也可以把發(fā)光二極管換成各種顏色的彩燈，

25、這樣循環(huán)起來就更加好看了。圖3.3 cd4017與發(fā)光二極管組成的顯示電路3.1.4 彩燈循環(huán)顯示電路把以上選擇的各部分電路組合，就是確定的彩燈循環(huán)電路，如圖3.4所示：圖3.4 彩燈循環(huán)電路圖3.2 電路的工作原理通電后電容經(jīng)，充電，當(dāng)大于2/3vcc時，放電管導(dǎo)通，開始放電；當(dāng)上的電壓小于1/3vcc時，放電截止。電容又開始充電。out從101振蕩起來。放電回路：vcc 0.7(/) (3.1)放電回路：放電管的集電極 （3.2）ic是一塊十進(jìn)制計數(shù)分頻器cd4017數(shù)字集成電路，當(dāng)cp端不斷輸入計數(shù)脈沖時，其輸出端qo一q9將會依次輸出高電平，從而使晶閘管依次開通，所以彩燈vl1vl10

26、就會依次循環(huán)點亮，在視覺上就能形成流動感。時鐘脈沖發(fā)生器由555時基集成電路ic 組成，用555構(gòu)成多諧振蕩器，是自激振蕩電路，只要接通電壓便可起振輸出矩形脈沖信號，它只有兩個整態(tài)，沒有穩(wěn)態(tài)，輸出脈沖由第3腳輸出直接送人ic的cp端，即第14腳，作為ic的計數(shù)脈沖。3.3 元件的計算及選擇3.3.1 振蕩電路元件的選擇用cc4011與非門和0.01uf的小電容與68k的小電阻構(gòu)成rc振蕩電路。其中cc4011的電壓范圍為3-15v,輸入電壓為0-vddv. 3.3.2 計數(shù)器/譯碼分配器元件的選擇計數(shù)器是用來累計和寄存輸入脈沖個數(shù)的時序邏輯部件。在此電路中采用十進(jìn)制計數(shù)分頻器cd4017，它是

27、一種用途非常廣泛的電路。其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是o0、o1、o2、o9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。cd4017有3個輸（mr、cp0和cp1），mr為清零端，當(dāng)在mr端上加高電平或正脈沖時其輸出o0為高電平，其余輸出端（o1o9）均為低電平。cp0和cpl是2個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數(shù)，則信號由cp0端輸入；若要用下降沿來計數(shù)，則信號由cpl端輸入。設(shè)置2個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。cd4017有10個輸出端（o0o9）和1個進(jìn)位輸出端o5- o9。每輸入10個計數(shù)脈沖，o5- o9就可得

28、到1個進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。由此可見，當(dāng)cd4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。3.3.3 顯示電路元件的選擇彩燈循環(huán)的周期ttwh=0.7(r1+r2)*c (3.2)twl=0.7r2*c (3.3)t=twh+twl=0.7(r1+2r2)* (3.4)3.4 元件表表3.1 彩燈循環(huán)顯示電路元件表元件名稱符號型號數(shù)量電阻r110k1電阻r2100k1電阻r318k1電阻r43001電容c14.71電容c20.011電容c30.11開關(guān)sb1發(fā)光二極管vl11010555定時器ne5551計數(shù)器c401713

29、.5 組裝與調(diào)試3.5.1 振蕩電路的組裝與調(diào)試按多諧振蕩電路工作的原理圖接好。接通電源，看多諧振蕩電路是否正常工作，如果不工作檢查rd端是否接高電平，rd端只有接高電平時555才工作。3.5.2 計數(shù)器/譯碼分配器的組裝與調(diào)試選用cd4017十進(jìn)制計數(shù)器來進(jìn)行十個彩燈的循環(huán)。3.5.3 顯示電路的組裝與調(diào)試前步調(diào)好后斷開電源，按計數(shù)器cd4017的工作原理圖把十只發(fā)光二極管接入電路中，通電后，十只發(fā)光二極管循環(huán)點亮。3.5.4 電路調(diào)試的注意事項第一： 測試之前要熟悉各種儀器儀表的使用方法，并仔細(xì)檢查，避免由于儀器儀表使用不當(dāng)或出現(xiàn)故障而作出錯誤的判斷；第二： 測試過程中，發(fā)現(xiàn)器件或接線有問

30、題時，應(yīng)首先切斷電源，并作出相應(yīng)的處理，檢查無誤后才能從新通電；第三： 測試儀器儀表和被測電路應(yīng)具有良好的共地。只有使儀器儀表和電路之間建立一個公共地參考點，測試的結(jié)果才準(zhǔn)確；第四：測試過程中，不但要認(rèn)真觀察和檢測，還要認(rèn)真記錄；第五：安裝調(diào)試應(yīng)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)和態(tài)度。3.5.5 故障分析與處理在電子技術(shù)課程設(shè)計和工程實踐中，電路故障常常是不可避免的，分析故障現(xiàn)象和解決故障問題可以大大設(shè)計人員的實踐和動手能力，首先要通過對原理圖的分析，把系統(tǒng)分成不同功能的電路模塊，通過逐一測試找出故障所在區(qū)域，然后根據(jù)該區(qū)域的原理在進(jìn)行測量和分析，找出故障原因。 如果是原來正常運(yùn)行的設(shè)備出現(xiàn)故障，起原因可能

31、是元件損壞造成，或者發(fā)生局部短路或開路，也可能是使用條件發(fā)生變化影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行。1測試中常見的故障原因 a.實際電路與設(shè)計的原理圖不符 b.元件不當(dāng) c.設(shè)計原理不滿足要求 d.操作不當(dāng)2查找模塊內(nèi)部故障的基本步驟如下： 第一步：檢查用于測量的儀器儀表是否適當(dāng)； 第二步：檢查安裝的線路與原理圖是否一致； 第三步：測量元件的電壓； 第四步：斷開故障輸出端負(fù)載，檢查是否由于負(fù)載原因造成的故障； 第五步：檢查元件是否使用正確或已經(jīng)損壞。4 四路搶答器4.1 總體方案的選擇4.1.1 四路搶答器總體方案的設(shè)計搶答器具有鎖存、定時、顯示和報警功能。即當(dāng)搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)

32、的選手編碼，同時用發(fā)光二極管把選手的編碼顯示出來，接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。4.1.2 四路搶答器的四個組成部分搶答電路, 自鎖電路,報警電路,時序控制電路。4.1.3 搶答電路的選擇該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定優(yōu)先搶答者的編號，同時發(fā)光二極管顯示電路顯示搶答的選手；二是要使其他選手隨后的按

33、鍵操作無效。其工作原理為：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”時，cp 端為低電平，四個輸出端全被封鎖在低電平，于是顯示器滅燈,此時鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)sb撥到“開始”時優(yōu)先編碼器和鎖存器同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待編碼器的四個輸入端輸入信號。當(dāng)有選手按鍵時，cc4042的輸出經(jīng)譯碼后，對應(yīng)的發(fā)光二極管顯示所按鍵選手。其他選手按鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)選手回答完畢，主持人控制開關(guān)sb是搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。電路如圖4.1所示：圖4.1 搶答電路原理圖4.1.4 自鎖電路的選擇cc4042的四個鎖存器電路，由公共時鐘

34、選通，每個電路有互補(bǔ)緩沖輸出，所有輸出電特性一致，輸入端的數(shù)據(jù)在由m選擇的cp電平期間傳送至q，輸出端，當(dāng)m0，在0cp電平期間傳送；m=1，為1cp電平期間傳送，在上述定義的m和cp電平同時存在時，輸出跟隨數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)cp電平轉(zhuǎn)換時（m=0，為正；m1，為負(fù)）輸入端數(shù)據(jù)在cp轉(zhuǎn)換期間保持在輸出端，直至cp電平發(fā)生相反轉(zhuǎn)換。電路如圖4.2所示：圖4.2 自鎖電路原理圖4.1.5 報警電路的選擇cc4011是二輸入正向邏輯與非門，cc4011所有輸入和輸出經(jīng)過緩沖，改善了輸入/輸出傳輸特性，使得由于負(fù)載容量的增加而引起的傳輸期間的變化維持到最小，當(dāng)輸入為高電平時，電路振蕩，蜂鳴器發(fā)聲，反之，電路

35、停振，蜂鳴器不發(fā)聲。電路如圖4.3所示： 圖4.3 報警電路原理圖4.1.6 時序控制電路時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：（1）主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。（2）當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，對應(yīng)的發(fā)光二極管點亮，搶答電路停止工作。電路如圖4.4所示：圖4.4 時序控制電路圖4.1.7 四路搶答器的整體電路把以上選擇的各部分電路組合，就是確定的搶答器電路，如圖4.5所示： 圖4.5 四路搶答器電路圖4.2 電路的工作原理4.2.1 芯片簡介(1)cc4042 cc4042的四個鎖存器電路，由公共時鐘選通，每個電路有互補(bǔ)緩沖輸出，所有輸出電特性一致，輸入端的數(shù)據(jù)在由m選擇的cp電平期間傳送至q，輸出端，當(dāng)m0，在0cp電平期間傳送；m=1，為1cp電平期間傳送，在上述定義的m和cp電平同時存在時，輸出跟隨數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)cp電平轉(zhuǎn)換時（m=0，為正；m1，為負(fù)）輸入端數(shù)據(jù)在cp轉(zhuǎn)換期間保持在輸出端，直至cp電平發(fā)生相反轉(zhuǎn)換。如圖4.6所示： 圖4.6 芯片cc