多功能課程設計說明書

1、哈爾濱華德學院課程設計用紙 設計題目： 多功能視力保護器 系 別： 電子與信息工程學院 班 級： 1201511 學生姓名： 李 成 指導教師： 姜 橋 成 績：_ 2014 年 3月28日課 程 設 計 任 務 書課程設計題目多功能視力保護器功能技術指標主要功能： 具有光強保護、光弱保護和閱讀超時保護三種功能。技術指標：1、環(huán)境光線過強（陽光下），紅指示燈亮并發(fā)出報警聲。 2、環(huán)境光線過弱，（臨近傍晚），黃指示燈亮并發(fā)出報警聲。3、正常光照下，綠指示燈亮，但如果超過定時時間（30分鐘，可以擴展為數(shù)顯），發(fā)出警報聲。為驗收方便，可以調(diào)至10秒延時。工作量3周工作計劃2014年3月10日 開題2

2、014年3月11日3月12日 設計電路2014年3月13日 選購元器件2014年3月13日 組裝電路2014年3月13日3月20日 調(diào)試電路2014年3月21日 驗收電路2014年3月22日3月25日 撰寫說明書，上交指導教師處2014年3月27日 繪制圖紙，準備答辯2014年 3月 28日 答辯指導教師評語 指導教師簽字： 2014年 3 月28 日目錄第1章 緒論1 1.1課題背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2設計要求11.3設計功能1第2章

3、電路設計分析22.1電路原理框圖2LED只有3個，是光強、光弱和正常三種顯示，沒有定時和距離顯示功能2.2 主要IC芯片介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.2.1 CD4070. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.2.2 CD4011. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2.3 CD4001. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42. 3 電路總體工作原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4第3章 單元電路設計.53.1光線檢測與指示電路的設計.53.2 定時器

5、電路的設計. 63.3報警控制電路的設計.7 3.4 報警器電路的設計. 8第4章 整機電路的工作原理9 4. 1 整機電路原理圖. 9 4. 2 整機工作原理.10第5章 電路的組裝與調(diào)試11總結12收獲和體會13致謝14參考文獻15附錄 元件清單.1617第1章 緒論1.1 課題背景據(jù)國家統(tǒng)計局最近的一項調(diào)查顯示，目前我國學生視力低下的狀況令人擔憂。小學近視比例為34%-61%，初中為68%，重點高中為90%左右，在校大學生視力合格者更少。而在高考體檢中由于自身缺陷原因被限考的學生當中有74%為近視。據(jù)衛(wèi)生部、教育部聯(lián)合調(diào)查，目前我國學生近視發(fā)病率居世界第二，人數(shù)居世界之首。全國近視及眼疾

6、患者近3億人，已經(jīng)成為全社會關注的公共衛(wèi)生和社會問題。在這種情況下，亟須開發(fā)一種多功能視力保護器。通過創(chuàng)造健康的讀寫環(huán)境和科學方式，避免因長期讀寫而導致的近視、駝背、脊柱側彎、斜視、頸椎病等疾病的發(fā)生和發(fā)展，用非醫(yī)藥的手段，防范和解除因不良讀寫習慣，避免給人們身體帶來傷害。1.2設計要求 利用IC芯片設計一款具有光強、光弱保護和閱讀超時保護等三種功能的視力保護器。1.3設計功能1、環(huán)境光線過強（陽光下），紅指示燈亮并發(fā)出報警聲。 2、環(huán)境光線過弱，（臨近傍晚），黃指示燈亮并發(fā)出報警聲。3、正常光照下，綠指示燈亮，但如果超過定時時間（30分鐘，可以擴展為數(shù)顯），發(fā)出警報聲。為驗收方便，可調(diào)至10

7、秒延時。第2章 電路設計分析2.1電路原理框圖圖2-0電路原結構框圖LED只有3個，是光強、光弱和正常三種顯示，沒有定時和距離顯示功能2. 2 主要IC芯片介紹2.2.1 CD4070CD4070是CMOS四2輸入端的異或門。其真值表如表2-1所示。表2-1 CD4070真值表A B Y0 0 00 1 11 0 11 1 0該框功能沒有針對性，不具體沒有距檢測功能離CD4070包括四個相互獨立的異或門電路，具有異或功能。其引腳圖如圖2-1所示。 圖2-1 CD 4070 引腳圖2.2.2 CD4011CD4011是CMOS四2輸入端的與非門。其真值表如表2-2所示。表2-2 CD4011真值

8、表 XYQ001011101110  CD4011包括四個相互獨立的與非門電路，具有與非功能其引腳圖如圖2-2所示 圖2-2 CD4011 引腳圖2.2.3 CD4001CD4001是CMOS四2輸入端的或非門。其真值表如表2-3所示。表2-1 CD4001真值表A B Y0 0 10 1 01 0 01 1 0 CD4001包括四個相互獨立的或非門電路，具有或非功能其引腳圖如圖2-2所示這節(jié)不要，將下面的內(nèi)容填到第3章對應的章節(jié)中 圖2-3 CD 4001 引腳圖2. 3 電路總體工作原理 與非門D6、D7與R3、CZ組成鍵控式多諧振蕩器，作為光強、光弱和定時報

9、警聲發(fā)生電路。當光線處于正常光照時，D4輸出低電平，振藥器不起振。當發(fā)生光照異常或到達定時后，D4輸出高電平，觸發(fā)多諧振蕩器起振，通過D8緩沖放大后，由壓電陶瓷片B（FT-27）發(fā)出報警聲?；蚍情TD9, D10組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)時間由R2, C1的數(shù)值決定。電路處于穩(wěn)定狀態(tài)時，因D10的輸人端通過R2接電源，為高電平，輸出端為低電平。該低電平反饋至D9的一個輸人端，由于另一輸人端由R1下拉為低電平，使D9輸出高電平，即C1兩端均為高電平。D10輸出的低電平經(jīng)D11反相為高電平后加至或非門D12的一個輸人端。當需要設置定時時，按下SB使D9的一個輸人端為高電平，輸出端變?yōu)榈碗娖?，該低?/p>

10、平通過C1傳至D10的輸人端，使D10輸出高電平。該高電平一方面反饋至D9的一個輸入端，使D9的輸出保持低電平。另一方面通過D11反相為低電平加至D12的一個輸人端。第3章 單元電路設計3.1 光線檢測與指示電路的設計這部分放到3.1中。圖3-1光測與顯示電路圖 異或門電路D1、D2和D3以及VLl、VL2和VL3分別組成光強、光弱和光線正常的測光與指示電路。其中D1與光敏電阻器RL及VL1為光強檢測與指示電路。異或門D1的一個輸人端接固定的高電平，另一個輸人端接至RL1與RP1的分壓點。當光線過強時，RL1的阻值變小使它與RP1的分壓點的電壓升高，從而使D1的兩個輸人端均為高電平，輸出端為低

11、電平，VLl發(fā)紅光。 異或門D2與光敏電阻RL2、RP2及VL2組成光弱檢測與指示電路。異或門D2的一個輸人端接固定的低電平，另一個輸人端接至RL2與R.P2的分壓點。當光線過弱時，RL2的電阻值變大，使它與RI-2的分壓點的電壓降低，從而使D2的兩個輸出端均為低電平。根據(jù)異或門兩輸人端電位相同，輸出為低電平的邏輯關系，D2輸出為低電平，這時，VL2發(fā)黃光。 異或門D3與VL3組成光線正常的檢測與指示電路，D3的2個輸人端分別接至D1與D2的輸出端。光線正常時，這2個輸出端均為高電平，使D3的輸出端為低電平，VU發(fā)綠光。3.2 定時器電路的設計圖3-2定時器電路圖或非門D9, D10組成單穩(wěn)態(tài)

12、觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)時間由R2, C1的數(shù)值決定。電路處于穩(wěn)定狀態(tài)時，因D10的輸人端通過R2接電源，為高電平，輸出端為低電平。該低電平反饋至D9的一個輸人端，由于另一輸人端由R1下拉為低電平，使D9輸出高電平，即C1兩端均為高電平。D10輸出的低電平經(jīng)D11反相為高電平后加至或非門D12的一個輸人端。 當需要設置定時時，按下SB使D9的一個輸人端為高電平，輸出端變?yōu)榈碗娖剑摰碗娖酵ㄟ^C1傳至D10的輸人端，使D10輸出高電平。該高電平一方面反饋至D9的一個輸入端，使D9的輸出保持低電平。另一方面通過D11反相為低電平加至D12的一個輸人端。 當單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進人穩(wěn)定狀態(tài)后，電源通過R2向CI充

13、電，充電時間即為觸發(fā)器的暫穩(wěn)時間。按如圖所示的R2與C1數(shù)值，暫穩(wěn)時間約30min，這個時間也就是電路的定時時間。3.3 報警控制電路的設計圖3-3報警控制電路圖當單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進人穩(wěn)定狀態(tài)后，電源通過R2向CI充電，充電時間即為觸發(fā)器的暫穩(wěn)時間。按如圖所示的R2與C1數(shù)值，暫穩(wěn)時間約30min，這個時間也就是電路的定時時間。3.4 報警器電路的設計圖3-4報警電路圖D5、D12與D4組成報警聲發(fā)生電路的控制電路，當光照正常且單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于定時暫穩(wěn)態(tài)時，D1、D2的輸出端均為高電平，D5的輸出端為低電平，此時Dll輸出為低電平。D12輸出高電平，使D4輸出低電平，多諧振蕩器不起振。當光照異常時

14、，D1、D2中總有一個輸出為低電平，使D5輸出高電平，D12的輸入端為一高一低，輸出端輸出低電平，異或門D4輸出高電平將報警聲振蕩電路啟動，使其發(fā)出報警聲。第4章 整機電路的工作原理 LED只有3個，是光強、光弱和正常三種顯示，沒有定時和距離顯示功能4. 1 整機電路原理圖圖4-1整機電路原理圖4. 2 整機工作原理當光線過強時，RU的阻值變小使它與RP1的分壓點的電壓升高，從而使D1的兩個輸人端均為高電平，輸出端為低電平，VLl發(fā)紅光。 當光線過弱時，RL2的電阻值變大，使它與RI-2的分壓點的電壓降低，從而使D2的兩個輸出端均為低電平。根據(jù)異或門兩輸人端電位相同，輸出為低電平的邏輯關系，D

15、2輸出為低電平，這時，VL2發(fā)黃光。 異或門D3與VL3組成光線正常的檢測與指示電路，D3的2個輸人端分別接至D1與D2的輸出端。光線正常時，這2個輸出端均為高電平，使D3的輸出端為低電平，VU發(fā)綠光。 與非門D6、D7與R3、CZ組成鍵控式多諧振蕩器，作為光強、光弱和定時報警聲發(fā)生電路。當光線處于正常光照時，D4輸出低電平，振藥器不起振。當發(fā)生光照異?；虻竭_定時后，D4輸出高電平，觸發(fā)多諧振蕩器起振，通過D8緩沖放大后，由壓電陶瓷片B（FT-27）發(fā)出報警聲。 第5章 電路的組裝與調(diào)試 元件正確焊接后，即可通電調(diào)試。把保護器放在光線較弱處，調(diào)節(jié)RP2，使VL2發(fā)光且報警器響。再把報警器放在光

16、線較強處，調(diào)節(jié)RP1，使VL1發(fā)光且報警器響。最后將保護器移至光線正常處，此時VL3應亮且報警器不響。假如其他發(fā)光二極管也亮，則微調(diào)RP1或RP2，使只有VD1亮，這樣反復調(diào)幾次就可以了。調(diào)試好后把導線拆除，使定時器工作。如覺得定時器的時間太長或太短，可改變C1、R2的數(shù)值。時間t的計算公式為0.69×R2·C1。總結在此次課程設計中，我們將課本理論知識與實際應用聯(lián)系起來。按照書本上的知識和老師講授的方法，首先和同學一起分析研究此次電路設計任務和要求，然后按照分析的結果進行實際連接操作，檢測和校正，再進一步完善電路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，還有出現(xiàn)的一些未知問題，我

17、們都認真分析討論，然后對討論出的結果進行實際檢測校正，對一些疑難問題我們也認真向老師詢問請教，和老師一起探討解決。通過此次電路設計，我們加深對課本知識的認識理解和明白各種電路的調(diào)試。在設計中具有如何有效的提高視力保護的作用。通過實踐證明該視力保護器可行且可靠性良好，使用方便。本文期望通過該電子硬件的制作和理論的研究，能為后期進一步設計多功能視力保護器并采取合理措施提高視力保護的有效性提供可靠和有效的數(shù)據(jù)源和信息依據(jù)。 設計過程中通過網(wǎng)上的搜集資料，以及老師的細心指導完成了設計及論文，使的設計進一步的完善，在老師的指導下改進設計過程中的不足。設計由于對材料等方面的不了解，使得設計時運用不熟練，設

18、計方面有待進一步提高，希望老師同學們能夠多提出寶貴意見。收獲和體會1在本次課程設計中，我對CD4070、CD4001、cd4011等芯片加深了了解，和鞏固了對它們的使用，對于數(shù)字、模擬電路的綜合運用有了更深一步理解，為以后的電路分析和設計奠定了一定的基礎。2. 必須經(jīng)過這樣嚴格的自己動手，才會從中體會出設計成果的喜悅。理論知識總是要用于實踐中才得以升華，我們應該更多的參與實踐，以增強我們對電子專業(yè)的興趣。同時，從開發(fā)設計一些小規(guī)模產(chǎn)品去體會學習開發(fā)設計電子產(chǎn)品的設計思路，為以后的工作打下基礎。3課程設計促進了我系人才培養(yǎng)計劃的完善和課程設置的調(diào)整。近年來，我系為適應生的實踐需要陸續(xù)增設與調(diào)整了

19、一系列課程，受到同學的歡迎，其中這次的設計很受學們的喜歡。課程設計達到了專業(yè)學習的預期目的。在兩個星期的課程設計之后，我們普遍感到不僅實際動手能力有所提高，更重要的是通過對電路板制作流程的了解，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能夠結合實際存在的問題在專業(yè)領域內(nèi)進行更深入的學習。致謝本次課程設計，從開始的選題到最后的調(diào)試，雖然我們有眾多的不足，但是我們的指導老師姜老師一直細心的為我們講解和調(diào)試，并且以多種方式為我們講解了原理和應用，首先我們感謝的事我們的指導老師姜老師。并且花費了老師的大量時間和精力，最后我們還是沒有完成好老師給我們的任務，對已老師，我們既是感到感謝，也是對老師的一種愧疚。然后要感謝的就是我們的組員，團結一致，各自分工，沒有一個