多功能LED燈的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、交直流多功能LED燈電路的設(shè)計(jì) 劉豐華 20124054電子技術(shù)基礎(chǔ)課 程 設(shè) 計(jì)題目名稱： 交直流多功能LED燈電路的設(shè)計(jì) 姓名： 劉豐華 學(xué)號(hào)： 20124054 班級(jí)： 2012級(jí)05班 指導(dǎo)教師： 夏鳴鳳 評(píng)語： 成績(jī)：重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院2014年6月21日摘 要多功能LED燈是是按照人們?cè)O(shè)計(jì)要求進(jìn)行智能控制的一種電路。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)智能化電器的要求也越來越高，僅僅起照明的臺(tái)燈已不能滿足人們的追求，集成了多種功能，具有自控控制模式的LED燈備受人們青睞。多功能LED燈可用多種方法實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過本學(xué)期數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，我們學(xué)習(xí)了74LS系列部分芯片及NE555

2、的使用方法，并基于這些芯片自行設(shè)計(jì)了多功能多功能LED燈電路。對(duì)燈的控制主要有三種模式，即應(yīng)急控制、定時(shí)控制、自動(dòng)控制。手動(dòng)控制通過撥動(dòng)開關(guān)，控制燈亮滅；定時(shí)控制通過用戶設(shè)定等待時(shí)間、燈亮?xí)r間，實(shí)現(xiàn)自主控制燈亮滅的時(shí)間；自動(dòng)控制通過此電路感應(yīng)光強(qiáng)度、感應(yīng)人在與否，實(shí)現(xiàn)燈隨環(huán)境的需要自動(dòng)亮滅，即當(dāng)光強(qiáng)度低（黑夜）、有人在靠近燈時(shí)，燈自動(dòng)點(diǎn)亮，而光強(qiáng)度高時(shí)（白天）或無人在感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)不發(fā)光。此多功能LED燈智能化程度較高，具有便攜、節(jié)能、應(yīng)急和手電等功能適應(yīng)了當(dāng)代人們的需求，能夠應(yīng)用于多種場(chǎng)合。利用手動(dòng)控制模式，應(yīng)用在LED臺(tái)燈控制電路或家居照明電路；利用自動(dòng)控制模式，應(yīng)用在樓道、車庫的照明電路，

3、以達(dá)到便利、節(jié)能目的；利用定時(shí)控制模式和自動(dòng)控制模式，應(yīng)用在街道的路燈，以達(dá)到綜合控制的效果。設(shè)計(jì)具有一定的技術(shù)支撐，且整個(gè)電路成本較低，具有較好的推廣性。關(guān)鍵詞：多功能LED 燈 74LS芯片 NE555 multisim仿真 自動(dòng)控制目錄一、電路功能及原理41. 電路功能說明42. 三種方式控制LED燈的原理4二、元器件說明及參數(shù)選擇與計(jì)算61. 光敏電阻62. 熱釋電元件RE200的性能83. 紅外熱釋電處理芯片BISS000184. 四運(yùn)放集成電路LM324AD105. 雙D觸發(fā)器CD4013106BCD 撥碼開關(guān)11三、仿真電路設(shè)計(jì)與說明131、220V轉(zhuǎn)5V電路132、應(yīng)急控制電路

4、143、光敏控制電路144、紅外熱釋感應(yīng)控制電路165、漸亮漸暗電路：186、定時(shí)控制電路201）仿真圖202）仿真過程說明：213）仿真原理說明227、總體仿真圖23四、電路焊接與調(diào)試241、220V轉(zhuǎn)5V電路242、應(yīng)急控制電路243、光敏控制電路244、紅外熱釋感應(yīng)控制電路255、漸暗漸亮電路256、定時(shí)控制電路261）焊接實(shí)物圖262）實(shí)現(xiàn)功能情況273）遇到問題：274）解決方案：275）電路測(cè)試287、電路總體功能與測(cè)試291）總體實(shí)物圖291）實(shí)現(xiàn)功能與測(cè)試31五、心得體會(huì)與分工311. 心得體會(huì)312. 小組分工33六、參考文獻(xiàn)33七、元件清單34一、電路功能及原理1. 電路功

5、能說明1）該燈供電電路是交流220伏，在停電與脫離220伏供電時(shí)，具有直流供電的功能；即在220伏供電時(shí)，同時(shí)為該燈的蓄電池（鋰電池）充電，蓄電池（鋰電池）即為提供照明電力。2）光敏啟動(dòng)電路：該電路是在天色進(jìn)入旁晚時(shí)，即自動(dòng)開啟燈（最小燈光），在白天自動(dòng)鎖定關(guān)閉，在需要時(shí)通過手動(dòng)開啟、關(guān)閉燈光。3）紅外熱釋電感應(yīng)電路：光敏啟動(dòng)電路檢測(cè)出是旁晚或昏暗的環(huán)境后，以及有手動(dòng)開燈后，該電路被供電而工作，即當(dāng)有人接近或者離開時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的漸亮漸暗自動(dòng)調(diào)節(jié)。4）光源恒流驅(qū)動(dòng)電路：LED光源的驅(qū)動(dòng)電路就是把12V或者6V直流電壓變換成穩(wěn)定的恒流源，選擇驅(qū)動(dòng)電路外圍器件少的驅(qū)動(dòng)芯片是制作成本的首要考量。5）調(diào)

6、光電路：根據(jù)使用場(chǎng)景，具有手動(dòng)調(diào)光和自動(dòng)調(diào)光功能；自動(dòng)調(diào)光主要是由紅外熱釋電感應(yīng)電路完成；手動(dòng)調(diào)光是通過按鈕開關(guān)選擇亮啟燈珠組數(shù)達(dá)到調(diào)光。6）定時(shí)電路：要求設(shè)計(jì)電路能達(dá)到0999秒定時(shí)開關(guān)的功能，當(dāng)達(dá)到設(shè)置的開關(guān)定時(shí)后，電路自動(dòng)打開開關(guān)，開啟燈，在達(dá)到預(yù)置的燈亮定時(shí)后，電路自動(dòng)關(guān)閉開關(guān)，燈滅。2. 三種方式控制LED燈的原理1）三種方式控制LED燈原理框圖： 2）三種控制方式說明：應(yīng)急控制最優(yōu)先，應(yīng)急開關(guān)與通常的燈控制方式相同。手動(dòng)控制優(yōu)先于自動(dòng)方式，通過接通手動(dòng)開關(guān)，并手動(dòng)設(shè)置開、關(guān)燈的時(shí)間來控制燈的亮、滅。自動(dòng)方式則是通過光敏電阻自動(dòng)測(cè)光判斷。在白天或者自然光足夠明亮的狀態(tài)下，紅外熱釋電傳

7、感器即使有感應(yīng)也不會(huì)導(dǎo)致燈亮。僅當(dāng)夜晚或者自然光足夠黑暗的狀態(tài)下，光敏電阻測(cè)光判斷為暗，紅外熱釋電感應(yīng)電路被供電工作，在有人接近或者離開時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的漸亮漸暗調(diào)節(jié)。圖2 三種方式控制電路原理圖二、元器件說明及參數(shù)選擇與計(jì)算1. 光敏電阻圖3 光敏電阻實(shí)物圖 光敏電阻內(nèi)部構(gòu)造圖光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。這些材料在特定波長(zhǎng)的光照射下，產(chǎn)生載流子參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的

8、正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。其基本特性及其主要參數(shù)如下：1）暗電阻、

9、亮電阻光敏電阻在室溫和全暗條件下測(cè)得的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻，或暗阻。此時(shí)流過的電流稱為暗電流。例如MG41-21型光敏電阻暗阻大于等于0.1M。光敏電阻在室溫和一定光照條件下測(cè)得的穩(wěn)定電阻值稱為亮電阻或亮阻。此時(shí)流過的電流稱為亮電流。MG41-21型光敏電阻亮阻小于等于1k。亮電流與暗電流之差稱為光電流。顯然，光敏電阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是說暗電流要小，亮電流要大，這樣光敏電阻的靈敏度就高。2）伏安特性在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與流過光敏電阻的電流之間的關(guān)系，稱為伏安特性。3）光電特性光敏電阻的光電流與光照度之間的關(guān)系稱為光電特性。光敏電阻的光電特性呈非線性。因此不適

10、宜做檢測(cè)元件，這是光敏電阻的缺點(diǎn)之一，在自動(dòng)控制中它常用做開關(guān)式光電傳感器。4）光譜特性對(duì)于不同波長(zhǎng)的入射光，光敏電阻的相對(duì)靈敏度是不相同的。硫化鎘的峰值在可見光區(qū)域，而硫化鉛的峰值在紅外區(qū)域，因此在選用光敏電阻時(shí)應(yīng)當(dāng)把元件和光源的種類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的結(jié)果。5） 頻率特性當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照時(shí)，光電流要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，光照突然消失時(shí)，光電流也不立刻為零。這說明光敏電阻有時(shí)延特性。由于不同材料的光敏電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不相同。多數(shù)光敏電阻的時(shí)延都較大，因此不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，這是光敏電阻的一個(gè)缺陷。6）溫度特性光敏電阻和其他半導(dǎo)體器件一樣，受溫

11、度影響較大，當(dāng)溫度升高時(shí)，它的暗電阻會(huì)下降。溫度的變化對(duì)光譜特性也有很大影響。在本設(shè)計(jì)中，光敏電阻主要用于檢測(cè)環(huán)境中光的強(qiáng)弱，從而通過改變自身電阻改變電路輸出電壓，控制Led燈的亮滅。所選擇的光敏電阻的暗阻應(yīng)越大越好，而亮阻應(yīng)越小越好，也就是說暗電流要小，亮電流要大，這樣光敏電阻的靈敏度就高。選用常規(guī)的光敏電阻能達(dá)到我們的要求。2. 熱釋電元件RE200的性能圖4 熱釋電元件RE200實(shí)物圖靈敏元面積 2.0×1.0mm2；基片材料-硅；基片厚度 0.5mm；工作波長(zhǎng) 7-14m平均透過率 75%；輸出信號(hào) 2.5V(420K 1Hz調(diào)制頻率0.3-3.0Hz 帶寬72.5dB增益)

12、噪聲 200mV(mVp-p) (25)；平衡度 20%；工作電壓 2.2-15V；工作電流 8.5-24A(VD=10V,Rs=47k,25)；源極電壓 0.4-1.1V(VD=10V,Rs=47k,25)；工作溫度 -20- +70；保存溫度 -35- +80；視場(chǎng) 139°×126°3. 紅外熱釋電處理芯片BISS0001圖5紅外熱釋電處理芯片BISS0001芯片 紅外熱釋傳感器集成塊BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件，構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。電子愛好者社區(qū)7 L .x0%L X采用16腳DI

13、P封裝；CMOS工藝；數(shù)?；旌?；具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器；內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾；內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器。管腳圖：!e8HgH'mcX x0 圖6紅外熱釋電處理芯片BISS0001管腳圖圖7 BISS0001熱釋紅外開關(guān)應(yīng)用圖4. 四運(yùn)放集成電路LM324AD圖8 LM324引腳圖LM324系列器件帶有差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一

14、組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。5. 雙D觸發(fā)器CD4013圖9 雙D觸發(fā)器CD4013CD4013是一雙D觸發(fā)器,由兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。每個(gè)觸發(fā)器有獨(dú)立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時(shí)鐘輸入和Q及Q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計(jì)算器和觸發(fā)器。在時(shí)鐘上升沿觸發(fā)時(shí)，加在D輸入端的邏輯

15、電平傳送到Q輸出端。置位和復(fù)位與時(shí)鐘無關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線上高電平完成。在本設(shè)計(jì)中，雙D觸發(fā)器CD4013主要作為T觸發(fā)器使用，如上圖所示：觸發(fā)器的 Q接到D，由D觸發(fā)器的狀態(tài)方程Qn+1=D可知, Qn+1= Q ,因此組成了T觸發(fā)器，起翻轉(zhuǎn)的功能。6BCD 撥碼開關(guān)圖10 撥碼開關(guān)外形圖及在某些單片機(jī)或者PLC（可編程邏輯控制器）應(yīng)用系統(tǒng)中,有時(shí)只需要進(jìn)行少量的十進(jìn)制數(shù)據(jù)設(shè)定,例如,設(shè)定溫度恒定在30。這些參數(shù)具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是都由十進(jìn)制數(shù)字(09)組成;二是設(shè)定值可能隨時(shí)需要改變。對(duì)于符合上述特點(diǎn)的輸入場(chǎng)合,使用BCD撥碼盤較為合適，在系統(tǒng)外部人工進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定或修改。由處于前面板的撥

16、碼盤和處于后側(cè)板的接線端組成。撥碼盤由上下兩個(gè)撥盤按鈕和夾在按鈕中間的撥位數(shù)碼指示器組成。撥位數(shù)碼指示器是可隨撥盤的撥動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)09十個(gè)數(shù)字,用以顯示撥碼盤當(dāng)前數(shù)值。上面的撥碼按鈕為增量按鈕,每按下一次,撥碼盤正相旋轉(zhuǎn)1/10周,撥位數(shù)碼指示器顯示的數(shù)值加1,連續(xù)按十次,數(shù)據(jù)將被還原。下面的撥碼按鈕為減量按鈕,每按下一次,撥碼盤反相旋轉(zhuǎn)1/10周,撥位數(shù)碼指示器顯示的數(shù)值減1。接線端向外引出標(biāo)有8、4、2、1、A（或者C）的五個(gè)引腳，其中A（或C）為輸入控制線，另外4根是BCD碼輸出信號(hào)線。在實(shí)際應(yīng)用中,BCD撥碼盤可以直接插入BCD撥碼盤插座中使用,也可以采取從5個(gè)引腳上分別焊接引線的方式使

17、用。BCD 撥碼開關(guān)是十進(jìn)制輸入，BCD 碼（即二-十進(jìn)制）輸出，又稱為8421 撥碼開關(guān)。每位BCD 撥碼開關(guān)可輸入1位10進(jìn)制數(shù)，4片BCD 撥碼開關(guān)拼接可得4位10進(jìn)制輸入撥碼組。當(dāng)撥盤撥到不同的位置時(shí)，輸入控制線A（或C）分別與4根BCD碼輸出線中的某根或某幾根接通，其接通的BCD 碼輸出線狀態(tài)正好與撥盤指示的10進(jìn)制數(shù)相一致，符合210進(jìn)制編碼關(guān)系。例如,當(dāng)前撥碼盤撥位數(shù)碼指示器的顯示數(shù)據(jù)為7時(shí),圖8中的4、2、1引腳均與A導(dǎo)通,8引腳與A不導(dǎo)通;當(dāng)前撥碼盤撥位數(shù)碼指示器的顯示數(shù)據(jù)為4時(shí),僅有4引腳與A導(dǎo)通,其余三個(gè)引腳與A均不導(dǎo)通。撥碼盤從0撥到9,A引腳與8、4、2、1四個(gè)引腳的

18、導(dǎo)通的狀態(tài)如表1所示。此表中的0表示輸入控制線A與輸出線不通,表中的1表示輸入控制線A與輸出線相通。表1 BCD撥碼盤狀態(tài)表位 置84210000010001200103001l4010050101601107011l8100091001三、仿真電路設(shè)計(jì)與說明1、220V轉(zhuǎn)5V電路圖11 220V轉(zhuǎn)5V電路仿真及波形圖2、應(yīng)急控制電路圖12 應(yīng)急控制電路仿真圖應(yīng)急控制方案由應(yīng)急開關(guān)與LED驅(qū)動(dòng)電路組成，實(shí)現(xiàn)在必要的時(shí)刻應(yīng)急照明的目的。3、光敏控制電路圖13 光敏測(cè)光電路仿真及波形圖說明：由于光敏電阻在multisim仿真軟件中不存在，可以選擇用滑動(dòng)變阻器、電位器或者一大一小電阻與一個(gè)單刀雙擲開

19、關(guān)代替。我們分別以100M歐和100歐的電阻模擬黑暗和明亮情況下光敏電阻的阻值。后面的電路通過光控電路（光敏電阻測(cè)光，NE555組成施密特觸發(fā)器）判斷目前所在環(huán)境的光強(qiáng)度的強(qiáng)弱。如果目前的光強(qiáng)度很低，光敏電阻的阻值較大，使施密特電路輸出低電平，Q3輸出高電平，將為后續(xù)的感應(yīng)電路供電。反之，若當(dāng)前環(huán)境光強(qiáng)度被判為高，則Q3輸出為低電平，不會(huì)為后續(xù)的熱釋電感應(yīng)電路供電，燈不會(huì)亮。在驗(yàn)證結(jié)果時(shí)，發(fā)現(xiàn)由高電阻（暗環(huán)境）回到低電阻（亮環(huán)境）時(shí)，高電平到低電平有延遲，經(jīng)分析測(cè)試，是由于C1影響，使得Q2發(fā)射極輸出電平由高變低時(shí)，邊沿變得平緩，如果減小C1電容，可加快高電平向低電平轉(zhuǎn)換，反之增大C1電容則延

20、遲更多時(shí)間。4、紅外熱釋感應(yīng)控制電路：方案一：圖14紅外熱釋感應(yīng)控制電路仿真及波形圖說明：紅外熱釋傳感器是接受人體輻射的紅外線，其原理是：人體溫恒定于37度左右，發(fā)出波長(zhǎng)10m左右的紅外線。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，體溫與環(huán)境溫度有差別，紅外線通過菲涅耳透鏡濾光片增強(qiáng)，聚集到紅外感應(yīng)源(熱釋電元件)上。而此時(shí)紅外感應(yīng)源失去電荷平衡，向外釋放電荷，產(chǎn)生T。經(jīng)處理，向外圍電路輸出高或者低電平。仿真電路圖與原圖有較大差別，因?yàn)樵贛ultisim軟件中沒有紅外熱釋傳感器這個(gè)器件，而通過上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，了解到現(xiàn)在的紅外熱釋器件之中都包含了相應(yīng)的放大電路，所以我們采用簡(jiǎn)化措施，用脈沖信號(hào)代替紅外感應(yīng)電路，當(dāng)人靠

21、近時(shí)，輸出高電平，即相當(dāng)于脈沖中的高電平，當(dāng)人遠(yuǎn)離時(shí)，紅外傳感器輸出低電平，即相當(dāng)于脈沖中的低電平，以此來達(dá)到仿真的目的。方案二：圖15 紅外熱釋電傳感器與處理芯片BISS0001的信號(hào)采集與處理 上圖中，R3為光敏電阻，用來檢測(cè)環(huán)境照度。若環(huán)境較明亮，R3的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。SW1是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng)SW1與1端連通時(shí)，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)SW1與2端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R9和C7的大小調(diào)整，其值為：觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R10和C6的大小調(diào)整，值為圖中，R6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原廠圖

22、紙選10K，實(shí)際使用時(shí)可以用3K，可以提高電路增益改善電路性能。5、漸亮漸暗電路：圖16 漸亮漸暗電路仿真及波形圖說明：以上電路中的信號(hào)發(fā)生器用于模擬兩個(gè)條件（黑暗、人靠近）條件下輸出電平的情形，并把此信號(hào)的積分輸出與由555電路輸出的矩形脈沖波的積分輸出的三角波信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，最后得到占空比逐漸增大（減?。┑牟ㄐ?，達(dá)到漸亮（漸暗）的目的。6、定時(shí)控制電路1）仿真圖圖17 定時(shí)控制multisim仿真圖在上圖中：7400組成基本RS觸發(fā)器，并與復(fù)位開關(guān)共同實(shí)現(xiàn)電路復(fù)位功能。555組成多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖，為后續(xù)電路（74160）提供時(shí)鐘信號(hào)。4013雙D觸發(fā)器通過連線，維持阻塞型T觸發(fā)器，具有翻轉(zhuǎn)

23、的功能。160實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。由于multisim仿真軟件的問題，在multisim中并不能實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能，而在protues仿真軟件中，設(shè)計(jì)出相同的電路，實(shí)現(xiàn)了預(yù)置數(shù)，并且電路的輸出信號(hào)能控制燈的亮滅。電路仿真圖如下：圖18定時(shí)控制protues仿真圖2）仿真過程說明：在電路接通后，從按下復(fù)位開關(guān)時(shí)算起。7432的輸入由RS觸發(fā)器與撥碼開關(guān)的一端組成， U5、U6、U7開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)置數(shù)的時(shí)候，撥碼開關(guān)與160的輸出端電路截止，7432的輸入變化，進(jìn)而引起4013翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，U5、U6、U7停止計(jì)數(shù)。與此同時(shí)，7432的輸入變化，引起4013的輸出變化，使還未計(jì)數(shù)的U10、U11

24、、U12開始計(jì)數(shù)，并同時(shí)使二極管D1導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)Led發(fā)光。當(dāng)U10、U11、U12達(dá)到預(yù)置數(shù)時(shí)，撥碼開關(guān)與160的輸出端電路截止，進(jìn)而引起4013U9A的翻轉(zhuǎn)，160停止計(jì)數(shù)，D1截止，燈滅。3）仿真原理說明表2 左邊三個(gè)160計(jì)數(shù)原理操作或門輸入或門輸出T觸發(fā)器脈沖信號(hào)沿種類T觸發(fā)器輸出Qn+1作用123初態(tài)現(xiàn)態(tài)初始態(tài)00000無0清零按下復(fù)位鍵10101上升沿1計(jì)數(shù)復(fù)位鍵彈回00010下降沿1保持達(dá)到預(yù)置數(shù)時(shí)01101 上升沿0清零表3 右邊三個(gè)160計(jì)數(shù)原理操作或門輸入或門輸出T觸發(fā)器脈沖信號(hào)沿種類T觸發(fā)器輸出Qn+1作用456初態(tài)現(xiàn)態(tài)初始態(tài)00000無0清零左邊自動(dòng)觸發(fā)10101上升沿

25、1計(jì)數(shù)中間態(tài)00010下降沿1保持達(dá)到預(yù)置數(shù)時(shí)01101 上升沿0清零備注：T觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)；撥碼開關(guān)右邊為導(dǎo)通狀態(tài)，電平為1，左邊不導(dǎo)通，電平為0；撥碼開關(guān)的使用見上撥碼開關(guān)使用說明。7、總體仿真圖四、電路焊接與調(diào)試1、220V轉(zhuǎn)5V電路 本部分電路由于焊接困難，沒有相應(yīng)的器件，未予以焊接制作實(shí)物，電路直接使用USB串口輸出5V供電。2、應(yīng)急控制電路應(yīng)急電路部分是三個(gè)部分中最簡(jiǎn)單的一項(xiàng)，在焊接完成后，經(jīng)過測(cè)試，燈亮，效果良好。遇到問題：無注意事項(xiàng)：應(yīng)急電路為有緊急情況時(shí)需要打開LED燈，因此他的優(yōu)先級(jí)高于任何一個(gè)控制電路，只要按下應(yīng)急開關(guān)，無論電路或者外界環(huán)境處于什么樣的狀態(tài)，LED燈均

26、必須予以顯示。3、光敏控制電路在制作電路的初期，由于沒有PNP三極管，所以無法達(dá)到所要求的功能，在經(jīng)過思考與仿真中進(jìn)行測(cè)量后，發(fā)現(xiàn)次PNP三極管的輸入與輸出存在非的關(guān)系，及輸入高電平時(shí)輸出低電平，輸入低電平時(shí)輸出高電平。因此我們采用了用兩個(gè)非門來代替，改動(dòng)如下（在仿真和實(shí)物測(cè)試時(shí)均滿足設(shè)計(jì)要求）：圖19PNP三極管替換圖在實(shí)物制作的后期階段，在實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)到了元件PNP三極管，因此通過焊接制作出了光敏控制單元電路，在光強(qiáng)時(shí)，燈不亮，光弱時(shí)，自動(dòng)開啟燈光。4、紅外熱釋感應(yīng)控制電路將光敏控制電路的輸出信號(hào)引出到此部分作為電源供電。由于在焊接之前我們錯(cuò)誤的理解了紅外感應(yīng)模塊所集成的電路，以為此集成模塊包

27、含了信號(hào)采集及處理電路，直接就能輸出高低電平以顯示是否有人接近處于感應(yīng)范圍內(nèi)，結(jié)果此集成模塊未包含信號(hào)處理電路，需要我們自行焊接，所以此模塊是后期加上去了，線路連接較為零散，可能導(dǎo)致電路出現(xiàn)故障，未能實(shí)現(xiàn)功能。另一方面，可能集成模塊買的質(zhì)量存在問題，所以一直調(diào)試不出想要的結(jié)果。5、漸暗漸亮電路在此部分調(diào)試時(shí)，接一個(gè)高電平在第二個(gè)電路輸入端，模擬黑暗情況?？捎^察到發(fā)光二極管延遲零點(diǎn)幾秒后開始發(fā)光，此現(xiàn)象符合仿真結(jié)果中輸出矩形波延遲幾秒后才出現(xiàn)的情況。斷開高電平輸入，可看到發(fā)光二極管延遲零點(diǎn)幾秒熄滅。測(cè)試中漸亮漸暗效果較為明顯，比較成功，但是延遲時(shí)間較短，可能是設(shè)置參數(shù)出現(xiàn)了一些小問題。6、定時(shí)控

28、制電路1）焊接實(shí)物圖2）實(shí)現(xiàn)功能情況定時(shí)控制電路是三個(gè)部分中最為復(fù)雜，管腳、焊點(diǎn)最多的部分，不管是仿真還是實(shí)物焊接，都是最困難的，恰好也是我主要負(fù)責(zé)的電路。在做的過程中遇到了較多的問題。只實(shí)現(xiàn)了部分功能，主要有產(chǎn)生技計(jì)數(shù)脈沖，燈亮，撥碼開關(guān)的預(yù)置數(shù)功能。未實(shí)現(xiàn)的功能主要有不能操控復(fù)位開關(guān)和達(dá)到預(yù)置數(shù)是不能控制LED燈的亮滅。3）遇到問題：管腳多，焊接困難；未接數(shù)碼管顯示不易于直觀觀測(cè)；復(fù)位電路功能沒法實(shí)現(xiàn)達(dá)到預(yù)置數(shù)時(shí)不能自動(dòng)控制燈的亮滅。焊接過程耗時(shí)較長(zhǎng)。4）解決方案：在焊接前，熟悉各個(gè)元器件的引腳圖，以及各元件之間的連接大致分布，首先在萬用板上大致擺放所需要的元器件并不斷改進(jìn)布局，結(jié)合管腳圖

29、盡可能使線路更簡(jiǎn)潔合理。對(duì)于撥碼開關(guān)，不能使其漂浮在空中，所以我們采取了一泓最特的方式，即將撥碼開關(guān)嵌入萬用板中，萬用板質(zhì)量很好，且一不小心會(huì)使萬用板損壞導(dǎo)致功虧一簣，所以這個(gè)部分的工作量極大，大約耗費(fèi)了三個(gè)小時(shí)，但最終使布線簡(jiǎn)潔了約40%，也欣慰了不少。整體來看我們的下哪路布局是最工整簡(jiǎn)潔美觀合理的。在仿真的過程中，能夠正確復(fù)位，但實(shí)際中沒有達(dá)到要求，可能是由于雙D觸發(fā)器很不穩(wěn)定導(dǎo)致的。在撥碼開關(guān)正確預(yù)置數(shù)的前提下，達(dá)到預(yù)置數(shù)我們并沒能實(shí)現(xiàn)定時(shí)開燈功能?？赡茉?yàn)楹附映霈F(xiàn)短路等問題，從而導(dǎo)致邏輯關(guān)系錯(cuò)誤，無法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。但我們仔細(xì)檢查過多次，各個(gè)焊點(diǎn)之間都用萬用表進(jìn)行了測(cè)試。確認(rèn)了沒有短路

30、情況的發(fā)生，所以具體原因有待進(jìn)一步加以研究。如果有可能，希望能利用暑假進(jìn)行再一次焊接嘗試做出完整的電路。整個(gè)焊接過程耗費(fèi)了大量時(shí)間，從排版到焊接完成用了整整一天一夜時(shí)間，由于采用的是雙孔連接在一起的萬用板，所以焊接帶來了一些額外的問題，因?yàn)槿f用板本身比較小而需要焊接的元件很多，雙孔就會(huì)減少很所走線的機(jī)會(huì)，也會(huì)增加電路短路的幾率。雙孔萬用板示例如下：圖20 雙孔萬用板示例圖5）電路測(cè)試在測(cè)試階段，由于電路焊接完成時(shí)沒有實(shí)現(xiàn)所有功能，所以測(cè)試變得尤為重要，知道如何根據(jù)一個(gè)已知的電路圖來進(jìn)行設(shè)計(jì)，只能說是學(xué)會(huì)了照本宣科，模仿能力較強(qiáng)，但是測(cè)試階段會(huì)出現(xiàn)很多意想不到的問題，若是不能對(duì)電路有較好的極為準(zhǔn)

31、確的把握與深刻的認(rèn)識(shí)，測(cè)試就會(huì)變得相當(dāng)困難。例如我所負(fù)責(zé)的定時(shí)控制階段。不能正確使用定時(shí)控制來開啟與關(guān)閉LED燈，一般同學(xué)可能只是測(cè)測(cè)是否短路，斷路，也尋找不出較好的方法，一頭霧水不知如何著手。我主要檢測(cè)步驟如下：首先檢測(cè)自己的NE555組成的多斜振蕩器，由于產(chǎn)生的是近乎秒脈沖的輸出信號(hào)，所以我采用輸出信號(hào)接一個(gè)發(fā)光二極管的方式來檢測(cè)是否有輸出矩形波。結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管做周期閃爍，且周期幾乎一秒，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性，實(shí)現(xiàn)了想要的功能。接下來有脈沖我便驗(yàn)證計(jì)數(shù)器是否能正常工作，同時(shí)為簡(jiǎn)化驗(yàn)證流程，我把撥碼開關(guān)預(yù)置數(shù)一起驗(yàn)證了，及用萬用表測(cè)量撥碼開關(guān)的輸入與輸出，輸入端接160的輸出，輸出端接二極

32、管的輸入。結(jié)果發(fā)現(xiàn)撥碼開關(guān)能夠預(yù)置數(shù)，但是輸出卻不能正確控制LED燈的狀態(tài)，因此極有可能是7432或門出現(xiàn)了問題，不能正確輸出高低電平來觸發(fā)T觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。再找到問題可能的根源后，下一步我繼續(xù)驗(yàn)證7432的輸入輸出特性，及給或門的輸入端加高低電平，結(jié)合其真值表予以驗(yàn)證。但遺憾的是我們嘗試了很久，并未檢測(cè)出故障原因所在?？傊?，電路檢測(cè)與測(cè)試是整個(gè)電路設(shè)計(jì)極其重要也是極其考驗(yàn)人能力的一部分，我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)和科研工作中，都應(yīng)該加強(qiáng)自己這方面能力的培養(yǎng)，不斷提高自己的科研素養(yǎng)與動(dòng)手實(shí)踐能力。7、電路總體功能與測(cè)試1）總體實(shí)物圖2）實(shí)現(xiàn)功能與測(cè)試由于部分電路未能實(shí)現(xiàn)功能，所以功能測(cè)試只能按模塊進(jìn)行，整體

33、測(cè)試達(dá)不到題目的要求。五、心得體會(huì)與分工1. 心得體會(huì)從這一刻開始，我真正找到了做課題的味道！要真正做好一件事情并沒有想象中的那么簡(jiǎn)單！從自選課題的那一刻開始，并沒有過多留意題目的難度，以為學(xué)得好做什么課題都是一樣的，加之之前在電氣科協(xié)舉辦的電賽中獲得過一等獎(jiǎng)的經(jīng)歷，認(rèn)為本次課程設(shè)計(jì)會(huì)比較簡(jiǎn)單，能很好的完成。但實(shí)際操作并不等同于理論學(xué)習(xí)，數(shù)電也有別于單片機(jī)編程，各種棘手問題會(huì)在操作中一個(gè)接一個(gè)出現(xiàn)。分工是我們首先做的事情，在正式進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，我們對(duì)題目進(jìn)行了比較全面的分析，對(duì)題目的難易程度，實(shí)施的大致思路，結(jié)合老師給與的參考電路等意義進(jìn)行了詳盡的討論，最終，我主要負(fù)責(zé)做秒定時(shí)控制電路的控制設(shè)

34、計(jì)及焊接。在隊(duì)友負(fù)責(zé)的部分，也參與了討論，對(duì)實(shí)施的可行性以及方案的選擇提出了自己的意見及見解。接著便是電路設(shè)計(jì)階段，在這個(gè)階段中有老師給與的參考電路，仿真其實(shí)并不是一件棘手的事情，但問題仍然出現(xiàn)了很多：其一是元器件不好找的問題，這是仿真中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，對(duì)于新的我們不熟悉的東西，難免一時(shí)不能很快找到，但通過網(wǎng)上查閱元件的找尋方法以及通過multisim搜索，還是可以較快的解決這個(gè)難題。其二是原件參數(shù)的設(shè)置問題，對(duì)于電路設(shè)計(jì)，原件參數(shù)的選擇極為重要，有可能因?yàn)槟骋粋€(gè)參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)偏差就會(huì)導(dǎo)致結(jié)果又很大差異，因此必須經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算，推導(dǎo)出理想的參數(shù)值，再結(jié)合實(shí)際中元件的參數(shù)做適當(dāng)修改，得到想要的結(jié)果

35、。其三是multisim中有些元件缺乏或某些信號(hào)檢測(cè)量不能模擬的問題，這時(shí)我們必須思考一個(gè)新方法來代替，比如我們需要模擬紅外傳感器接受到信號(hào)，并沒有原件來代替，這時(shí)可以選擇用開關(guān)與電源代替輸入一個(gè)高電平信號(hào)。再如光敏電阻，可以選擇用滑動(dòng)變阻器、電位器或者一大一小電阻與一個(gè)單刀雙擲開關(guān)代替，這些都是實(shí)際仿真時(shí)我們必須思考和解決的問題。其四是multisim仿真軟件自身不足的問題，或者是由于我們電腦產(chǎn)生的一些故障。在做一些仿真的時(shí)候會(huì)莫名的出現(xiàn)問題，但我們進(jìn)行理論分析完全行得通。一方面，可能是由于一種原件選擇的不同型號(hào)會(huì)產(chǎn)生影響，另一方面是產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，這是我們實(shí)際分析中很難去考慮到的。比如我在

36、做秒定時(shí)電路時(shí)，進(jìn)行了多次理論分析，理論推導(dǎo)出波形等完全符合要求，仿真卻一直出現(xiàn)問題，且經(jīng)多個(gè)同學(xué)檢查均不能產(chǎn)生正確的結(jié)果。因此在束手無策的情況下我學(xué)習(xí)用protues仿真軟件進(jìn)行最后嘗試。對(duì)于一個(gè)新的未接觸過的軟件，上手確實(shí)很困難，通過查閱protues使用教程及自己的不斷摸索，在兩天內(nèi)重要按照之前的設(shè)計(jì)思路及仿真電路圖完成了電路設(shè)計(jì)，且運(yùn)行效果良好，能實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)且輸出能控制燈的亮滅。那一刻，真是守得云開見月明，別提多有成就感，有多開心。在成功做好電路設(shè)計(jì)后，領(lǐng)到了部分實(shí)驗(yàn)元器件，并在第二天去兩路口購買了不足的元器件，開始籌備緊張的電路焊接工作。焊接是一個(gè)及其考驗(yàn)一個(gè)人模電數(shù)電基礎(chǔ)知識(shí)及空間想象力和電路布局的一個(gè)工