數(shù)字電路課程設(shè)計透明度報警器課程設(shè)計報告

1、課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 數(shù)字電路課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 透明度報警器 學(xué) 院 名 稱 ： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 通信工程 班級： 130422班 學(xué)號： 13042229 姓名： 評分： 教師： 2015年 9 月 19 日 數(shù)字電路 課程設(shè)計任務(wù)書題目透明度報警器內(nèi)容及要求基本要求 通過判斷收到的被動光強的變化判斷透明度。 當(dāng)透明度變化時報警。主要參考元器件lm324進(jìn)度安排1. 設(shè)計、仿真、畫pcb線路板圖、領(lǐng)元器件：5天；2. 制作、焊接：3天3調(diào)試：6天4. 驗收：1天 5. 提交報告：2015-2016學(xué)年第一學(xué)期1-3周學(xué)生姓名：鐘洪文 周建慧指導(dǎo)時間：2015.9.7-2

2、015.9.18指導(dǎo)地點：e樓610室任務(wù)下達(dá)2015年9月7日任務(wù)完成 2015年 9月18日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導(dǎo)教師 陳光系（部）主任 20 15 20 16 學(xué)年 第 1 學(xué)期第 1 周 3周 注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。 2、課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔。摘要本實驗?zāi)M設(shè)計了基于lm324集成芯片的透明度報警器。該報警器主要由光敏三極管及其比較電路，報警電路組成。光敏三極管和集成芯片lm324是報警器設(shè)計的核心器件，通過使用發(fā)光二級管和光敏三極管等感光器件組成的光電轉(zhuǎn)換

3、電路，可以探測出光線是否被遮蔽的信息，并通過把光信號轉(zhuǎn)換為電信號來把這種信息傳遞至后面比較器，再傳遞至聲光報警電路，以實現(xiàn)報警器的報警功能，其中比較器部分是通過lm324組成的比較器電路來實現(xiàn)設(shè)置閥值電壓的作用，起到設(shè)置報警閥值的目的。經(jīng)過老師的耐心的指導(dǎo)以及小組對課程的掌握，和反復(fù)的調(diào)試，不斷的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，最終順利完成透明度報警器的課題。關(guān)鍵字：光電轉(zhuǎn)換 透明度 比較器 目錄前言1第一章 系統(tǒng)組成及方案設(shè)計21.1系統(tǒng)組成21.2方案設(shè)計一21.3方案設(shè)計二3第二章 設(shè)計電路組成及基本原理42.1光電轉(zhuǎn)換電路及光敏三極管42.2比較電路及集成芯片lm32452.3報警電路及集成芯片7

4、4ls046第三章 電路仿真以及結(jié)果分析7第四章 實驗調(diào)試與電路分析94.1 電路板的焊接94.2 電路調(diào)試與分析9第五章 結(jié)論心得10附錄一 參考文獻(xiàn)11附錄二 元件清單12附錄二 實物圖13附錄四 pcb板圖14前言隨著社會各行業(yè)的的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，報警器已經(jīng)在人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，在各行業(yè)的安全系統(tǒng)中都應(yīng)用了報警器，并且人們對報警器的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的觸摸式和開關(guān)式報警器，雖然具有性能穩(wěn)定，實用性強的特點，但是也具有應(yīng)用范圍窄等缺點，并且安全系數(shù)也不高。應(yīng)用光電技術(shù)就很好的改善了這一點。本實驗設(shè)計運用了光電轉(zhuǎn)換電路和比較器電路以及報警電路三部分從而實現(xiàn)了報

5、警功能，是設(shè)計簡單，方便，靈活性強，電路簡單容易實現(xiàn)，工作穩(wěn)定。 透明度報警器的運用前景不容小覷，隨著現(xiàn)代化的進(jìn)程不斷加快，住宅安全受到了越來越大的火災(zāi)威脅，空氣以及飲用水等方面都受到污染，而本課程設(shè)計的透明度報警器卻可以運用其中，可以通過監(jiān)測空氣和水源的透明度來實現(xiàn)對火災(zāi)、霧霾、水體污染預(yù)警作用。做為通信工程專業(yè)的學(xué)生，不僅要將理論知識學(xué)會，更應(yīng)該將其應(yīng)用與我們的日常生活中去，使理論與實踐很好的結(jié)合起來。數(shù)字電路課程設(shè)計就給我們提供了良好的平臺，是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中的一個非常重要的實踐環(huán)節(jié)，能夠真正體現(xiàn)我們是否完全吸收了所學(xué)的知識。第1章 系統(tǒng)組成及方案設(shè)計1.1系統(tǒng)組成透明度報警電路主要由信號

6、光電轉(zhuǎn)換電路、比較電路、報警電路等幾部分組成。其系統(tǒng)框圖如圖1.1所示。報警電路比較電路光電轉(zhuǎn)換電路 圖1.1 系統(tǒng)框圖光電轉(zhuǎn)換電路主要由光敏三極管組成，光敏三極管將接收到的光線強弱以電流的大小形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。比較電路主要由lm324芯片組成，是將光電轉(zhuǎn)換電路傳來的電壓大小與初始設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，從而實現(xiàn)輸出高低電平的目的。報警電路有兩條支路，一條由三極管與蜂鳴器組成，另一條由74ls04芯片和發(fā)光二極管組成，當(dāng)比較電路輸出高電平則蜂鳴器報警，當(dāng)輸出為低電平時發(fā)光二極管點亮。1.2方案設(shè)計一方案一的電路圖如下圖1.2，電路采用對芯片lm324正負(fù)電源的供電方式，

7、當(dāng)光電轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓大于設(shè)定電壓時比較器輸出負(fù)電源電壓即-5v，反之則輸出正電源電壓即+5v,從而實現(xiàn)蜂鳴器報警和發(fā)光二極管點亮的兩種現(xiàn)象。需要注意的是蜂鳴器需要正極接地從而實現(xiàn)比較器輸出低電平是報警。在模擬設(shè)計中用示波器代替了蜂鳴器，從觀察到的波形以及發(fā)光二極管的工作情況可以確定該電路符合設(shè)計要求，但是在實驗室中沒有提供合適的正負(fù)電源，從而放棄了該設(shè)計方案。圖1.2 方案一設(shè)計電路圖1.3方案設(shè)計二在方案一的電路基礎(chǔ)上通過修改報警電路部分得的方案二電路如圖1.3所示。由于芯片lm324的4號管腳接入+5v電源，11號管腳接地所以當(dāng)光電轉(zhuǎn)換電路輸出電壓小于設(shè)定電壓時比較器輸出高電平蜂鳴器報

8、警，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換電路輸出電壓大于設(shè)定電壓時比較器輸出低電平再經(jīng)過一個反向器從而使得發(fā)光二極管點亮。圖1.3 方案二設(shè)計電路圖第二章 設(shè)計電路組成及基本原理2.1光電轉(zhuǎn)換及光敏三極管電路的重要組成模塊即光電轉(zhuǎn)換電路模塊，電路如圖2.1所示，其主要功能是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而將需要監(jiān)測環(huán)境的透明度情況傳遞給下一個電路模塊進(jìn)行處理。光電轉(zhuǎn)換電路的工作原理，主要是通過光電三極管的基極感光面將外界光強變化轉(zhuǎn)為光電流，使流過三極管的電流增大進(jìn)而控制輸入比較電路的電壓增大。 圖2.1 光電轉(zhuǎn)換電路光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似，都有電流（current）放大作用，不同之處是光敏三極管必須有一個對光敏感

9、的pn結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)圖2.2 光敏三極管作為受光結(jié)，因此，光敏三極管實質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通三極管。光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有npn或pnp結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管。它的引出電極通常只有兩個，也有三個的。為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收，和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)具有光敏特性的pn 結(jié)受到光輻射時，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個放大了相當(dāng)于倍的信號電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性

10、，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。在此課程設(shè)計中起到關(guān)鍵作用，是光電轉(zhuǎn)換電路中的重要組成部分。2.2比較電路及集成芯片lm324比較電路可謂是整個電路的核心，電路如圖2.3所示，起到比較光電轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓數(shù)據(jù)以及初始設(shè)計的電壓大小的作用，并且是其比較輸出的電平是報警電路工作大重要判斷因素其工作原理主要是通過lm324集成芯片完成的，模擬電路中將芯片2號管腳接入光電轉(zhuǎn)換電路輸出電壓，3號管腳接入初始設(shè)計電壓，1號管腳 作為輸出接入報警電路，將輸出的高低電平傳遞給后續(xù)電路進(jìn)行工作。 圖2.3 比較電路 lm324系列是低成本的四路運算放大器，具有真正的差分輸入。在不

11、加負(fù)反饋時可以用作比較器，在單電源應(yīng)用中，它們與標(biāo)準(zhǔn)運算放大器類型相比具有幾個明顯的優(yōu)勢。該四路放大器可以工作于低至3.0 v或高達(dá)32 v的電源電壓，共模輸入范圍包括負(fù)電源，因此在眾多應(yīng) 圖2.4 lm324內(nèi)部框圖 用中無需外部偏置元器件。輸出電壓范圍也包括負(fù)電源電壓。比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路。比較器的兩路輸入為模擬信號，輸出則為二進(jìn)制信號，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時，其輸出保持恒定。2.3報警電路及集成芯片74ls04報警電路是整個電路的最后一個模塊，也是整個系統(tǒng)對于透明度變化的一個表現(xiàn)形式，其電路如圖2.5所示，當(dāng)透明度變化時，報警電路可以做出相應(yīng)的動作。

12、其工作原理主要是依據(jù)比較電路輸出的電平高低來進(jìn)行不同工作，當(dāng)比較電路輸出高電平時蜂鳴器工作，當(dāng)比較電路輸出低電平時發(fā)光二極管工作，從而判斷透明度是否發(fā)生變化。 圖2.5 報警電路74ls04是6非門(反相器)集成芯片，工作電壓5v，內(nèi)部含有6個coms反相器。其內(nèi)部框圖如圖所示。 圖2.6 74ls0內(nèi)部框圖第3章 電路仿真以及結(jié)果分析根據(jù)課程設(shè)計要求，且按照從簡原則，最后確定使用功能完善、操作簡單的方案二的模擬電路進(jìn)行仿真分析，并且最終焊接調(diào)試也是確定使用其電路。由于軟件限制，無法真實模擬光敏三極管的感光特性，最后選擇手動輸入不同大電壓值模擬光敏三極管輸出電壓的變化，電路模擬時用示波器代替了

13、蜂鳴器，通過波形和電壓值判斷蜂鳴器是否報警。最終的模擬工作過程一切順利，與理論設(shè)想結(jié)果相同。當(dāng)初始電壓大于光電轉(zhuǎn)換輸出電壓時，即光強變?nèi)醯那闆r下，如圖3.1所示，示波器波形保持5v，即模擬蜂鳴器報警。圖3.1 模擬光強變?nèi)醴澍Q器報警當(dāng)初始電壓小于光電轉(zhuǎn)換電路輸出電壓，即光強變強情況下，如圖3.2所示，發(fā)光二極管發(fā)光。圖3.2 模擬光強變強發(fā)光二極管發(fā)光第四章 實驗調(diào)試與電路分析4.1 電路板的焊接在焊接的過程中，我明白了焊接的原理，即是：焊錫借助于助焊劑的作用，經(jīng)過加熱熔化成液態(tài)，進(jìn)入被焊金屬的縫隙，在焊接物的表面，形成金屬合金使兩種金屬體牢固地連接在一起，形成的金屬合金就是焊錫中錫鉛的原子進(jìn)

14、入被焊金屬的晶格中生成的，因兩種金屬原子的殼層相互擴(kuò)散，依靠原子間的內(nèi)聚力使兩種金屬永久地牢固結(jié)合在一起。用電烙鐵與焊錫絲將加工好的彎鉤焊接在新的電路板上：a左手拿焊錫絲，右手拿電烙鐵。b把電烙鐵以45度左右夾角與焊盤接觸，加熱焊盤。c待焊盤達(dá)到溫度時，同樣從與焊板成45度左右夾角方向送焊錫絲。d待焊錫絲熔化一定量時，迅速撤離焊錫絲。e最后撤離電烙鐵，撤離時沿銅絲豎直向上或沿與電路板的夾角45度角方向。在焊接過程中出現(xiàn)了如下問題：1）焊接的時間不能好好把握，導(dǎo)致焊接時間過長，造成板面不整潔。2）當(dāng)焊錫完全濕潤焊點后，由于以前沒經(jīng)常進(jìn)行訓(xùn)練，導(dǎo)致手打斗比較嚴(yán)重，電路板虛焊。4.2 電路的調(diào)試與分

15、析焊接完電路發(fā)現(xiàn)蜂鳴器的報警并不能像預(yù)先設(shè)計的那樣正常工作，經(jīng)過分析和測量各電路電壓情況，發(fā)現(xiàn)只有由于電位器的選擇不當(dāng)，即初始電壓選取過大，導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換電路電壓無論光強變化多大都一直小于初始電壓，致使蜂鳴器始終都處于報警狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)此問題后，及時改變了初始電壓大小，從而電路正常工作，透明度報警器電路成功制作完成。第五章 結(jié)論心得 本次課設(shè)可謂是功夫不負(fù)有心人，最終達(dá)到了課設(shè)的每一項要求。在檢查時用白紙遮擋發(fā)光二級管，制造光強變?nèi)醯那榫?，報警器正常報警，拿開白紙即是光強變強的情景，發(fā)光二極管正常發(fā)光。 通過此次課程設(shè)計，對所學(xué)的知識有了比較全面的了解和應(yīng)用，真正嘗試到了理論聯(lián)系實際的趣味。此次設(shè)計鞏固了理論基礎(chǔ)知識，加強了multisim等軟件的使用，學(xué)會了在實驗中應(yīng)注意什么，怎么樣保護(hù)元件，怎樣采能最準(zhǔn)最快的查出錯誤，且對焊接電路以及簡化焊接電路的操作有了進(jìn)一步的提高。通過連接和調(diào)試電路使理論更接近于實際，同時也發(fā)現(xiàn)了自己知識的不足，特別是動手能力的缺乏，對以后的學(xué)習(xí)和實踐有了比較強的指導(dǎo)意義。感觸