稳压器及四人抢答器电子技术课程设计.docx
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稳压器及四人抢答器电子技术课程设计
第一章多路抢答器
1.1多路抢答器功能简介……………………………….…………………………3
1.2抢答器的组成……………………………………………….3
1.2.1十进制计数器组成及工作原理………………………………………………………………….…….3
1.2.2四人抢答器组成及工作原理…………………………………………………………………………….4
1.3多路抢答器工作原理………………………………………5
1.4主要芯片介绍………………………………………………6
1.4.174160计数芯片……………………………………………………………………………………………..6
1.4.2555定时芯片………………………………………………………………………………………………..6
1.4.37474D触发器芯片………………………………………………………………………………………..7
1.4.474147编码芯片…………………………………………………………………………….………..…….8
1.4.57448译码芯片……………………………………………………………………………….……………..8
1.5多路抢答器的电路连线图及电路调试………………….10
1.6多路抢答器设计总结…………………………………….10
第二章小功率降压(12VDC)稳压器
2.1小功率降压稳压器功能简介………………………………..………….11
2.2小功率降压稳压器的组成………………………………………….…….11
2.2.1三端稳压块组成的稳压电路…………………………………………………………………….…….11
2.2.2控制继电器工作电路…………………………………………………………………………………..….11
2.3小功率降压稳压器工作原理…………………………………………...12
2.4主要元件介绍……………………………………………………..…….…….12
2.4.1LM317三端稳压块……………………………………………………………………………….12
2.4.2393比较器………………………………………………………………………..……………….…13
2.4.3DC12V(T73)继电器……………………………………………………………………..…….14
2.5小功率降压稳压器的电路连线及电路调试…………14
2.6小功率降压稳压器设计总结………………………….15
第三章附录
3.1答辩……………………………………………………16
3.2参考文献………………………………………………17
3.3元件清单………………………………………………17
3.4使用仪器、工具………………………………………18
3.5图片……………………………………………………18
摘要
这次课程设计我设计了四人抢答器和小功率降压稳压器两个课题,其中四人抢答器我先将各个单元电路实现,包括计时电路、抢答电路和显指示电路,然后再拼接起来,形成完整的符合要求的作品,这用到了电源,剪刀等工具,电路调试有点缺陷,指示灯完全按要求工作,而数码管显示不全;小功率降压稳压器我通过两部分来实现要求电路,包括三端稳压片构成稳压电路和继电器构成的选择电路,通过对继电器工作电压的设置来实现对电压的选择性输出,从而实现稳压的目的,我用到了万用表、电烙铁等工具,小功率降压稳压器调试成功,能按照要求输出。
第一章多路抢答器
1.1多路抢答器功能简介
4名选手编号分别是1、2、3、4,各用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号相对应,分别是S1、S2、S3、S4;给节目主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答器的开始;抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后,若有选手按抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号,此外,要封锁输入电路,禁止其他选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止;抢答器具有定时抢答器的功能,且一次抢答的时间可以由主持人设定(如9秒)。
当节目主持人启动“开始”键后,要求定时器立即加(减)计时,并且绿色指示灯,可以抢答;参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号,红色指示灯亮,停止抢答,并保持到主持人将系统清零为止;如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效,红色指示灯亮,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答。
抢答器框图:
1.2抢答器的组成
1.2.1十进制计数器
十进制计数器的仿真电路图如下:
(1)计数器简介:
计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件。
它不仅能记录输入时钟脉冲的个数,还可以实现分频,定时,产生节拍脉冲和脉冲序列等。
例如,计算机中的时序发生器,分频器,指令计数器等都要使用计数器。
计数器的种类很多。
按时序脉冲输入方式的不同,可分为同步计数器和异步计数器;按进位体制不同可以分为二进制计数器和非二进制计数器;按计数器的数字增减趋势的不同,可分为加法计数器,减法计数器和可逆计数器。
同步计数器是指计数器内所有的触发器共同使用同一个输入的时钟脉冲信号,在同一个时刻翻转,有计数速度快的特点。
异步计数器是指计数器内各触发器的输入时钟信号的来源不同,各电路的翻转时刻也不一样,因此计数速度较慢
在非二进制计数器中,最常用的是十进制计数器,其他进制计数器习惯上称为任意进制计数器。
(2)十进制计数器组成:
有555定时器产生周期为1秒的脉冲信号,将产生的脉冲信号接在74160计数芯片的2引脚,使74160工作。
(3)十进制计数器工作原理:
74160处于计数状态,其状态表如下:
0000->0001->0010->0011->0100->0101->0110->0111->1000->1001
555定时器每来一个时钟脉冲,74160就计数一次,从0开始计起,当记到9时
通过反馈置零法,使计数器重新从零开始计数,如此周而复始计数,构成十进计
器。
1.2.2四人抢答器组成及工作原理
四人抢答器仿真如下图:
(1)四人抢答器组成:
7474D触发器芯片实现选手抢答功能和信号的锁存,74147编码芯片、7448译码芯片和必要的逻辑逻辑门实现选手们抢答结果在数码管显示。
(2)
四人抢答器的工作原理:
当主持人控制开关按下时,D触发器的 CLR输入端为高电平,触发器清零,抢答器处于等待工作状态,等待输入端 Q、W、E、R 输入信号,当有选手将按钮按下时, D触发器开始工作,将结果输出给7474编码芯片,7474编码处于工作状态,经74LS48译码后,显示器上显示出该选手的号码。
此外,反馈信号将D锁存器锁存,封锁其他选手的输入。
当抢答者回答完为题后,主持人只需再次按下清除按钮,便可以进行下轮抢答。
1.3多路抢答器工作原理
完整功能的四人抢答器仿真电路图:
该电路是由十进制计数器、四人抢答器、编译码电路和指示灯电路等单元组成,其中,十进计数器和无计时的四人抢答器在上面已经讨论过,此处不再赘述。
下面我们来讨论如何实现主持人清零和怎样实现10秒后锁存D触发器的功能,
首先是主持人清零问题:
这个功能很容易实现,只要将主持人的控制开关接到D触发器的CLR和74160计数芯片的CLR端,即可实现此功能。
再者就是如何实现10秒后锁存D触发器的功能,当主持人按下开关计数器开始工作,绿灯点亮,选手可以开始抢答,但在第十秒是仍然没有选手抢答时,就将计数器此时的输出1001通过逻辑门处理后输出给红灯,点亮红灯,此时绿灯熄灭,绿灯的输入端是低电平,反馈给D触发器的信号输入端,于是将D触发器锁存,选手不能再进行抢答。
1.4主要芯片介绍
1.4.174160计数芯片
(1)74160的引脚图:
(2)74160的功能表:
1.4.2555定时芯片
(1)555芯片引脚图:
(2)555引脚功能:
1GND2触发3输出4复位5控制电压6门限(阈值)7放电8电源电压Vcc
1.4.37474D触发器芯片
(1)7474芯片引脚图:
(3)7474D触发器功能表:
1.4.474147编码芯片
(1)74147编码芯片引脚图:
(2)74147编码芯片功能表:
1.4.57448译码芯片
(1)7448译码芯片引脚图:
(2)7448译码芯片功能表:
1.4多路抢答器的电路连线图及电路调试
(1)根据电路得到的实物电路图如下:
(2)电路调试:
根据仿真电路图连好电路图,接通电源,观察电路是否能正常工作结果数码管和指示灯都不工作,然后开始逐个检查各芯片之间的连线是否出错,
发现555定时器不能正常工作,于是我们反复检查555芯片周围的电阻、电容和引脚之间的连线,没有发现错误,后来将555定时器接在电路板另一位置,再调试时555定时器正常工作,但数码管和指示灯仍然不工作,没有办法我只有将已经连好的电路拆掉重新连接,等再次连接好后,调试时数码管显示不全,指示灯不安预定指示,后来经过检查电路,是74160计数芯片坏掉了,换了芯片后指示灯可以指定要求指示,即主持人按下开关后,绿灯点亮,若有人抢答,绿灯熄灭,红亮起,若无人抢答,10秒后,绿灯熄灭,红亮起;但数码管只能显示各数字的一部分,经过反复检查电路的编码和译码芯片的接线,还是没有发现错误,最后我只调试出指示灯。
1.5多路抢答器设计总结
这一课程设计使我们将课堂上的理论知识有了进一步的理解,并增强了对数字电路这门学科的兴趣。
了解了更多电子元件的工作原理,如:
74160计数芯片、7474D触发器芯片、74147编码芯片等。
但同时也暴露出我在知识上掌握的不足和缺点。
其次在此次设计过程中出于我们频繁使用Multisim这一电路设计软件,因此我熟悉了这一软件的使用同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步的提高。
加上在设计过程中遇到了一些问题,使得我得查找相关资料,从而增长知识的同时增强解决问题和动手能力,锻炼我做事细心、用心、耐心的能耐。
这一课程设计使得我向更高的精神和知识迈向一大步。
所以在以后的学习生活中,我会努力学习,培养自己独立思考的能力,积极参加各种设计活动,培养自己的综合能力,从而使得自己成为一个有综合能力的人才而更加容易适应社会。
第二章小功率降压(12VDC)稳压器
2.1小功率降压稳压器功能简介
当输入电压小于12VDC时,输入电压与输出电压相同,即直通,当输入电压大于12V时,输出电压应不大于12VDC,输入电压范围是(6-20VDC),适用于负载变化且需要稳压的场合,考虑如何扩流以满足大电流且电压波动较大的场合。
2.2小功率降压稳压器的组成
2.2.1三端稳压块组成的稳压电路
(1)三端稳压块组成的稳压电路图:
(2)三端稳压块组成的稳压电路工作原理:
从输入端输入电压到三端稳压片的3号引脚,2号引脚为输出,通过调节电位器R1可使2端输出稳定在某一电压,计算公式为:
V2=1.25*(1+R1/R3)。
2.2.2控制继电器工作电路
(1)控制继电器工作电路图如下:
(2)控制继电器工作电路工作原理:
首先由输入电压、电阻和稳压管组成的电路将运放的2引脚稳压在5V左右,然后将输入电压调节到12V,调节电位器R2使得运放的3号引脚的电压比2号引脚的电压稍微高一点,于此同时观察继电器是否正常工作(在调节电位器R2的过程会听到继电器响一下,若响说明已经调节好)。
于是,当输入电压达到12V时,继电器就开始工作。
2.3小功率降压稳压器工作原理
(1)小功率降压稳压器工作电路图:
(2)小功率降压稳压器工作原理:
首先,当输入电压小于12V时,集成运放的1号引脚输出低电位,三极管不导通,此时继电器不工作,即电路的输出电压近似为电路的输入电压;当输入电压超过12V时,集成运放的3号引脚电压高于2号引脚,集成运放的1号引脚输出高电位,三极管导通,此时继电器工作,电路的输出电压为三端稳压片的2号引脚电压,因为课题要求稳压在12V,改变电路输入电压为大于15V的电压,然后调节电位器R1,使三端稳压片的2号引脚输出电压为12V;这样由两个部分构成符合要求的小功率降压(12VDC)稳压器
2.4主要元件介绍
2.4.1LM317三端稳压块
(1)定义:
LM317是可调节3端正电压稳压器,在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流,此稳压器非常易于使用
(2)应用:
LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
317系列稳压块的型号很多:
例如LM317HVH、W317L等,电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。
稳压电源的输出电压可用下式计算,Vo=1.25(1+R2/R1)。
仅仅从公式本身看,R1、R2的电阻值可以随意设定。
然而作为稳压电源的输出电压计算公式,R1和R2的阻值是不能随意设定的。
首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V—37V(高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等,其输出电压变化范围是Vo=1.25V—45V),所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。
其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流,有的资料称为最小输出电流,也有的资料称为最小泄放电流。
最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。
由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同,其最小稳定工作电流也不相同,但一般不大于5mA。
当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时,317稳压块就不能正常工作。
当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时,317稳压块就可以输出稳定的直流电压。
如果用317稳压块制作稳压电源时(如图所示),没有注意317稳压块的最小稳定工作电流,那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象:
稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。
在应用中,为了电路的稳定工作,在一般情况下,还需要二极管作为保护电路,防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。
(3)LM317引脚图:
2.4.2393比较器
(1)393比较器引脚图:
(2)393比较器简介:
LM393是有又两个独立的、高精读电压比较器组成的集成电路,失调电压低,最大为2V。
它专为宽电压范围、单电源供电设计,也可以为双电源供电;主要应用于限幅器、脉冲发生器、多频振荡器和高电平数字逻辑门电路。
393被设计成能直接连接TTL和CMOS,当用双电源供电时,它能兼容MOS逻辑电路—这是低功耗393相较于标准比较器的独特优秀。
2.4.3DC12V(T73)继电器
(1)T73继电器的引脚图:
(2)继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
2.5小功率降压稳压器的电路连线及电路调试
(1)小功率降压稳压器电路实物:
(2)小功率降压稳压器电路调试:
在根据之前已经仿真好的电路连接好了实物电路,于是开始了调试,刚开始时电路只输出电路的输入电压,随着输入的增大而增大,我想应该是继电器没有工作,于是我开始用万用表测量继电器之前的电路,查找是否有线路短路或是元器件被烧掉,经过排查检测出是三极管被烧掉,换了三极管后,输入电压跳到12V后,调节200千欧的电位器,使得集成运放的3号引脚电压略微高于2号引脚的电压,听到继电器响了一声,说明继电器电路正常工作,接着将电路的输入电压调到大于15V,然后我调节10千欧的电位器,使得三端稳压片的2号引脚输出电压为12V;然后重新将输入电压从5V慢慢增加之16V,在输入电压小于12V时,电路输入电压即为输出电压,当输入电压大于12V时,输出电压先是降到10V左右(因为三端稳压片LM317有约2V的压降),然后再增大电路输入电压时,电路输出将稳定在12V,小功率降压稳压器电路被我调试成功了。
2.6小功率降压稳压器设计总结
通过这次的课程设计我们也对小功率可调直流稳压电路有了很深的理解,对于一些元器件比如二极管、三端集成稳压器有了一种由抽象文字的理解到了一种应用的实体认识,从中我们得到了实践的乐趣。
课程设计是理论和实践的结合,从设计原理图,到对原理图的理解,再到电路板的布线设计,接着是电路板的焊接,最后是电路板的调试,这中间都有一定的跨度的,我们要做的就是把中间环节连接起来,把原理图变为实物图,焊接电路板的过程是检查我们焊功的过程,首先我先按照在电路板上用铅笔画的电路图,把元器件先放上去,然后是将元器件的脚全部放倒焊接,虽然是焊接的十分牢固但是在焊点的美观上做不到十分的完美。
但是,先将元器件焊好一可以防止元器件在焊接的过程中脱落,二则可以再布线的过程中免去很多不必要的麻烦可以将电路布置的十分美观,避免交差的的出现。
调试这一环节是检验我们之前所有阶段成果的时候,在此过程中我就出了一些状况,可能是布线的时候比较粗心,我把十千欧的电阻和两百千欧电阻的位置给颠倒了,所以电路调试失败,在前期的准备工作中一定要细致。
这次的课程设计使我锻炼了理论与实践相结合的能力,当然在此过程中我也发现了许多的不足,不管是在理论知识上还是在习惯问题上,所以我会认真总结,不断反省,为后的进一步学习和工作打下坚实的基础。
第三章附录
3.1答辩
(1)关于四人抢答器林老师提出这样的疑问“假如有两个选手同时按下抢答器会有什么结果?
”
答:
因为74LS147是优先编码芯片,所以会将权值大的选手的抢答结果显示在数码管上。
接着林老师又问“这样就造成了不公平性,该如何解决?
”
答:
我认为可以每个选手各有自己的数码显示管,编码器改为用非优先编码器,有多个选手同时选择时,就将结果显示在各自的数码管上,按此思路设计便可实现公平性和准确性。
(2)关于小功率降压稳压器林老师提出这样的问题“电路输入端的二极管有什么作用?
为何在输入电压达到12V,继电器工作后,电路的输出电压会在10V左右,而非12V呢?
当需要稳压在13V时,该如何调节电位器,调节哪个电位器?
”
答:
电路输入端的二极管起着保护三端稳压片的作用;当输入电压达到12V,继电器工作后,电路的输出电压会在10V左右,是因为二极管有约0.7V的导通压降,三端稳压片有1V左右的饱和压降。
要想电路稳压在13V,需先调整200千欧的电位器,使得继电器在13V开始工作,然后将电路输入电压调至合适的值(约17、18V即可),调节10千欧电位器使得输出电压稳压在13V即可,这样稳压在13V的小功率稳压降压器就调试完成了。
3.2参考文献
[1]康华光,电子技术基础(数字部分),高等教育出版社,2006年12月第2版P137页、P211页、286页等
[2]康华光,电子技术基础(模拟部分),高等教育出版社,2006年1月第1版P23页、P454页、P500页等
3.3元器件清单
12v_DC
序号
名称
型号
单位
数量
总数量
单价(元)
1
比较器
393
只
1
2
继电器
DC12V(T73)
只
1
3
电阻
10K
只
1
4
电阻
4.7K
只
4
5
电阻
240Ω
只
1
6
二极管
4007
只
2
7
三极管
9013
只
1
8
稳压管
5.1V/1W
只
1
9
8脚插座
只
1
10
电容
1μF
只
2
11
电位器
10K
只
1
12
电位器
200K
只
1
13
三端稳压块
317
只
1
14
排针
只
1
15
线路板
块
1
焊锡
卷
导线
卷
抢答器
序号
名称
型号
单位
数量
总数量
单价(元)
4D
74175
1
CT4175
8-3编码器
74148
1
CD4532
显示译码
7448
1
74HC4511
7段管LED
共阴
1
共阴LED
定时器
555
2
计数器
74160
1
LED
红
1
LED
绿
1
按键
5
四2与非门
7400
3
6非门
7404
2
二4与非门
7420
2
四2或门
7432
1
电阻
510Ω
10
电阻
1MΩ
5
电阻
20M
1
电阻
200K
1
电阻
4.7K
2
电容
10uF
2
电容
0.01uF
2
3.4使用仪器、工具
数字万用表、电烙铁、剪刀、螺丝刀、镊子、电源等。
3.5图片
3.5.1数电课程设计原理与实物图
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