數(shù)電光電報警

1、xxxxx學院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目 光電式報警器的設(shè)計 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 院 （系） 指導教師 完成時間 目 錄 1 課程設(shè)計的目的1 2 課程設(shè)計的任務與要求1 3 設(shè)計方案與論證1 4 設(shè)計原理及功能說明3 4.1 設(shè)計原理3 4.2 元器件介紹3 4.3 功能說明5 5 單元電路的設(shè)計5 5.1 光電轉(zhuǎn)換模塊5 5.2 數(shù)字顯示模塊6 5.3 聲光報警模塊7 6 硬件的制作與調(diào)試8 7 總結(jié)9 參考文獻10 附錄1: 總原理圖11 附錄2: 元器件清單12 附錄3: 實物圖131 課程設(shè)計的目的通過理論設(shè)計和實物制作解決相應的實際問題，鞏固和運用在數(shù)字電子技術(shù)中所學的理

2、論知識和實驗技能，掌握常用數(shù)字電路的一般設(shè)計方法，提高設(shè)計能力和實踐動手能力，為以后從事電子電路設(shè)計、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。2 課程設(shè)計的任務與要求(1) 使用邏輯門電路、集成芯片及555定時器等器件完成光電式報警器的設(shè)計；(2) 采用光敏傳感器設(shè)計完成3路報警；(3) LED顯示，聲光報警。3 設(shè)計方案與論證方案一：接通電源通過對管的發(fā)送和接收，輸出高低電平，通過CD4511譯碼器使LED顯示不同的數(shù)字，再由74LS32或門和555多諧振蕩器來實現(xiàn)有選擇的間歇式光電報警器。當接通電源的時候，發(fā)光管發(fā)出紅外光，接收管導通，從A點輸出低電平，當有東西遮在兩個管子中間時，接收管斷開，從A點輸

3、出高電平，光電轉(zhuǎn)換模塊電路圖如圖3-1所示。圖3-1 方案一光電轉(zhuǎn)換模塊電路圖方案二：接通電源通過光耦的導通和斷開，輸出高低電平，通過74LS48譯碼器使LED顯示不同的數(shù)字，再由74LS32或門和555多諧振蕩器來實現(xiàn)有選擇的間歇式光電報警器。當接通電源的時候，光耦內(nèi)部的光敏三極管導通，從B點輸出低電平，當有東西遮在光耦的U型槽中時，光敏三極管斷開，從B點輸出高電平，光電轉(zhuǎn)換模塊電路圖如圖3-2所示。圖3-2 方案二光電轉(zhuǎn)換模塊電路圖比較上述兩種方案，都是將光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出高低電平，經(jīng)過譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，同時通過輸出的高低電平經(jīng)或門來控制555構(gòu)成的多諧振蕩器。主要不同之

4、出就在于光電轉(zhuǎn)換電路的選擇，經(jīng)過實驗檢測第一種方案輸出的高電平比較低，致使數(shù)碼管的亮度不是很高，要加個放大電路才能增加數(shù)碼管的亮度，而第二種方案卻不用加放大電路。雖然光耦的成本比對管高一些，但是實驗電路和步驟較簡單，而且光耦的發(fā)射和接收都在一個器件中靈敏度比對管要高，綜合來看，選擇第二種方案。4 設(shè)計原理及功能說明4.1 設(shè)計原理本設(shè)計首先接通電源通過光耦將光信號轉(zhuǎn)化成電信號。輸出的信號通過74LS48譯碼器使共陽數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，通過74LS32或門驅(qū)動555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路，使蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出間歇式聲光報警。 4.2 元器件介紹(1) 光耦（H92B4）光耦的型號為H92

5、B4，由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成的，有4個管腳。當光敏三極管接收到二極管發(fā)射的光時，其工作在飽和導通狀態(tài)，當光敏三極管無法接收到二極管發(fā)射的光時，三極管工作在截止狀態(tài)。1和4 腳接電源，并要加限流電阻。 光耦原理圖如圖4-1所示。圖4-1 光耦原理圖 (2) 譯碼器（74LS48）74LS48是一款高電平驅(qū)動的數(shù)字譯碼芯片，輸出有效點位為高電平，可以配上共陰的數(shù)碼管，我們也可以選著74LS247低電平驅(qū)動的和共陽數(shù)碼管，更具自己的喜好選著不同芯片，本品采用的是74LS48。芯片74LS48為共陰數(shù)碼管的譯碼器，所以在共陰數(shù)碼管之前要加8個330歐的電阻，以保護數(shù)碼管不被燒壞，倘若數(shù)碼管顯示的

6、過亮了就要增大電阻的阻值。74LS48管腳圖如圖4-2所示。圖4-2 74LS48管腳圖(3) 數(shù)碼管數(shù)碼管分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管。發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。7段LED數(shù)碼管在一定形狀的絕緣材料上，利用單只LED組合排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點亮相應的點劃來顯示出0-9的數(shù)字。LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。圖4-3 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)本次課程設(shè)計使用的為共陰數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為低電平時，相應字段就

7、不亮。4.3 功能說明(1) 光電式報警器是通過光耦把電信號轉(zhuǎn)換為光信號再轉(zhuǎn)換為電信號輸出完成光電轉(zhuǎn)換。再一個輸出到譯碼器通過數(shù)碼管顯示，一個輸出到555多諧振蕩器控制蜂鳴器的發(fā)聲周期，且發(fā)光二級管發(fā)光。(2) 光耦輸出后通過或門電路之后再通過譯碼器到數(shù)碼管時再要加入電阻用來限流，再利用或門輸出與譯碼器后的高低電平使發(fā)光二極管發(fā)光，且是當光耦被遮擋時相對應的LED發(fā)光。數(shù)碼管通過光耦的遮擋路顯示對應的數(shù)字。(3) 通過或門輸出之后另一路是用來實現(xiàn)聲光報警的，通過555輸出穩(wěn)定的方波來驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲且可控制發(fā)聲周期，除了光耦都沒被遮是都會實現(xiàn)聲光報警。5 單元電路的設(shè)計5.1 光電轉(zhuǎn)換模塊光電轉(zhuǎn)

8、換的電路見圖3-2。由于發(fā)光二極管的工作電壓大約在2.5V，工作電流大約在4到10mA，并且電源電壓為5V，則：R3=（5V-2.5V）/（4mA10mA）=250625 （5-1）設(shè)計中選了510限流電阻，選240限流電阻也可。三極管有放大作用，所以集電極的電流較大，所以要加一個阻值較大的電阻R4作為限流電阻，因此選擇了10K電阻。當接通電源的時候，發(fā)光管發(fā)光，光敏三極管的基極電流增加，發(fā)射結(jié)的電壓增大，當超過三極管的導通電壓（一般為硅管為0.7V，鍺管為0.3V左右）時，三極管就會導通，當基極電流繼續(xù)增加時，三極管會飽和導通，此時三極管相當于工作在開關(guān)的閉合狀態(tài)，B點相當于直接接地，所以B

9、點輸出為低電平“0”。當一旦有東西遮在發(fā)光管和光敏三極管中間時，三極管的發(fā)射結(jié)電壓降低，達不到它的導通電壓，三極管截止，此時相當于工作在開關(guān)的斷開狀態(tài)，B點電勢接近電源電壓即為高電平“1”。5.2 數(shù)字顯示模塊數(shù)字顯示模塊原理圖如圖5-1所示。圖5-1 數(shù)字顯示模塊原理圖此模塊由74LS48及共陰數(shù)碼顯示器組成，74LS48驅(qū)動共陰數(shù)碼顯示器工作。74LS48的2，6腳因無輸入，故接低電平，3，4，5腳接高電平，而1,7腳則與光電轉(zhuǎn)換模塊中光敏三極管輸出的連接。此時74LS32正常工作，驅(qū)動共陰數(shù)碼顯示器工作，以顯示數(shù)字0到7。5.3 聲光報警模塊聲光報警模塊原理圖如圖5-2所示。圖5-2 聲

10、光報警模塊原理圖 根據(jù)設(shè)計要求要發(fā)出間歇式的聲光報警，聲音報警選擇蜂鳴器，光報警選擇發(fā)光二極管。要能發(fā)出間歇式的報警，肯定要求驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管的信號為穩(wěn)定的方波，即為有固定周期的高低電平，所以采用由555構(gòu)成的多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。間歇式報警的周期可以根據(jù)555多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器周期的算法： T=0.7×(R5+2R6)×C1 （5-2） 但是周期選擇得太大的話，間歇的時間太長，周期太小的話，人耳無法感覺出有間歇，一般人耳的間歇感知度為0.1s，所以R5、R6選得大一點分別取50k和51k，C1適中取10uF，間歇報警的周期為0.7×(50+51×2）×

11、;1uF=1.064s,頻率約為1/1.064s=0.94Hz。電容C2是用來濾波的，所以選得小一點更有利于將交流引入大地，因而取C2=0.01uF。 由于設(shè)計的要求是有時需要報警電路工作，有時不需要報警，所以可以用前級電路的輸出電平來控制555定時器的復位端即4端口。當4端輸入高電平的時候，聲光報警器工作；當輸入低電平的時候，聲光報警器不工作。6 硬件的制作與調(diào)試 首先，我們要按照電路圖對元器件進行組裝。即將元器件按照一定的順序安裝在萬能板上。元器件的布局與布線：在進行組裝前的一項重要工作是進行元器件的布局設(shè)計。元器件的布局設(shè)計的原則是元器件的分布均勻、合理、接線盡量短、接線交叉盡量少。一般

12、按照電路圖的走向順序排列各級的布局，盡量縮短接線，以減少分布參數(shù)對電路的影響。集成電路外接元器件盡可能安排在對應管腳附近，縮短連線的距離。輸入信號與輸出信號的引線應當盡可能的安排遠一些。連線盡量做到橫平、豎直，橫線交叉盡量少。 其次是對元件的焊接，正確的焊接方法是：準備施焊、加熱焊件、加焊錫、去焊錫和去烙鐵。對焊件要先進行表面處理：一般焊件表面都被氧化，需要表面處理，去除表面污垢，氧化膜等等。采用機械刮磨或酒精清洗。對元件引腳進行鍍錫：對導線、引腳的焊接部位要進行焊錫潤滑，也稱上錫。焊料量的控制：焊點的焊錫量要適量，不可過多或過少。焊點的質(zhì)量：焊接質(zhì)量的好壞以焊點圓滑，光亮為好。 最終是對電路

13、的調(diào)式。檢查電路接線：電路安裝完畢，首先要認真檢查電路接線是否正確。通常采用的檢查方法是按照電路原理圖檢查。可借助萬用表的電阻檔檢查。即在電路原理圖上找到一些點，用萬用表測量在電路原理圖上應與它連接的部分是否都連接上，檢查是否有錯焊，漏焊處。7 總結(jié)本次數(shù)電課程設(shè)計，讓我了解到了我知識的缺乏。以后的學習生涯我會努力的去學習更多的知識充實自己。這次課程設(shè)計讓我學到了很多，不僅是鞏固了先前學的數(shù)電的理論知識而且也培養(yǎng)了我的動手能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。希望今后類似這樣課程設(shè)計、類似這樣的鍛煉機會能更多些。通過本次光電報警器的設(shè)計，對光電知識的實際應用有了更深刻的理解和體會，這次課程設(shè)計，不

14、僅提高了動手能力，對設(shè)計的整個流程有了一定的了解，更了解到了光電知識應用的廣泛性和前景。設(shè)計的成功，極大地提高了自信心，促進了對光電的學習興趣，明白了理論聯(lián)系實際的重要性。此次設(shè)計清楚了一項設(shè)計的整體流程：明確設(shè)計要求、功能及功能模塊的設(shè)計，查閱相關(guān)資料并確定元器件，電路連接、調(diào)試、調(diào)整改進與檢查，電路成型，總結(jié)；設(shè)計電路時，和搭檔上網(wǎng)查閱了很多資料，這培養(yǎng)了搜索的能力，開拓了視野。調(diào)試過程中掌握了一些電路調(diào)試的方法和規(guī)律，同時也掌握了如何來檢查和排除實驗中的所遇到的一些常見故障，明白了動手的重要性，懂得了實踐出真知的道理。電路的連接和調(diào)試極大地提高了動手實踐能力，這也是目前較為缺乏的。作為工科的學生，就應該具備這樣的動手能力。最后，設(shè)計報告的制作還培養(yǎng)了整理知識的能力?？傊?，這次設(shè)計，認識到了知識的局限性，培養(yǎng)了動手能力，懂得了團隊合作精神，對今后的學習起到了極大的促進作用。 參考文獻1 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計M. 北京: 電子工業(yè)出版社,20022 邱關(guān)源. 電路（第五版）M. 北京: 高等教育出版社, 20063 胡斌. 圖表細說電子元器件M. 北京: 電子工業(yè)出版社, 20084 鄭步生. Multisim200