電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)：延時(shí)開關(guān)電路

1、湖南文理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 院 部： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 自動(dòng)化12101班 學(xué)生姓名： 占 文 兵 指導(dǎo)教師： 王 文 虎 完成時(shí)間： 2014年6月10號 報(bào)告成績： 評閱意見： 評閱老師: 日期： 延 時(shí) 開 關(guān) 電 路 的 設(shè) 計(jì) 目 錄 摘 要.I ABSTRACT.II 第一章 設(shè)計(jì)指標(biāo).1 1.1 設(shè)計(jì)題目.1 1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo).1 1.3 設(shè)計(jì)原理.1 第二章 延時(shí)開關(guān)電路設(shè)計(jì).2 2.1 系統(tǒng)模塊及框圖.2 2.2 單元電路的設(shè)計(jì).2 2.2.1 延時(shí)電路.2 2.2.2 時(shí)鐘信號的產(chǎn)生電路.4 2.2.3 聲控電路.5 2.2.4 延

2、時(shí)顯示電路.6 2.2.5 直流穩(wěn)壓電路.10 第三章 延時(shí)開關(guān)電路仿真與分析.13 3.1 延時(shí)電路仿真.13 3.2 時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路仿真.14 3.3 聲控電路仿真.15 3.4 延時(shí)顯示電路仿真.15 3.5 整流流穩(wěn)壓電路.16 總 結(jié).17 參考文獻(xiàn).18 致 謝.19 附錄一： 延時(shí)開關(guān)電路的電路圖.20 附錄二：延時(shí)開關(guān)電路的元件明細(xì)表.21 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) I 摘 要 延時(shí)開關(guān)電路是電力控制系統(tǒng)中的重要組成部分。它由延時(shí)電路、時(shí)鐘信號產(chǎn)生電 路、聲控電路、延時(shí)顯示電路、直流穩(wěn)壓電路單元電路構(gòu)成。延時(shí)電路的功能是先輸出 高電平在不用人干預(yù)下過幾分鐘后自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?；時(shí)鐘信號

3、產(chǎn)生電路是由 NE555 定時(shí) 器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生計(jì)數(shù)器所需的時(shí)鐘信號；聲控電路是用壓電陶瓷片拾取聲音信 號并把聲音信號變?yōu)殡娦盘枺谎訒r(shí)顯示電路是通過 74LS47 進(jìn)行譯碼并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示； 整流穩(wěn)壓電路采用 LM7805 把交流電變成穩(wěn)定的 5V 直流電。借助 Multisim10.0 仿真軟件 對各電路進(jìn)行了性能與功能仿真，通過仿真分析驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù) 期目的。 關(guān)鍵詞 延時(shí)開關(guān)；聲控；74LS47；多諧振蕩器；LED 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) II Abstract The time delay switch circuit is an important part o

4、f the electric control systems. It is composed of delay circuit, clock signal generation circuit, voice circuit, delay display circuit and DC voltage stabilizing circuit. The delay circuits function is to output high level and then covert it to low level current automatically after few minutes; the

5、clock signal generating circuit is needed when multivibrator which is composed of NE555 timer generates clock signal for counter. Voice control circuit works as piezoelectric ceramic piece collect voice signal and turn it into electric signal; Delay circuit decodes message via 74LS47 and drives nixi

6、e tube work. Rectifying and voltage stabilizing circuit adopts LM7805 AC into 5V DC stable. With the aid of the Multisim10.0 simulation software performance and functional simulation of the circuit, the simulation results validate the correctness of the design, to achieve the desired purpose design.

7、 Keywords Delay switch, Voice control, 74LS47, Multivibrator, LED 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 1 第一章 設(shè)計(jì)指標(biāo) 延時(shí)開關(guān)電路是當(dāng)樓道有聲響或人為按下開關(guān)時(shí)，樓道的照明電路工作，之后在不需 人的干預(yù)下會延時(shí)幾分鐘自動(dòng)的停止工作。整個(gè)開關(guān)電路的功耗很低。在當(dāng)今倡導(dǎo)節(jié)能 環(huán)保和人們對自動(dòng)化要求較高的今天，設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)開關(guān)電路是有必要的。 1.1 設(shè)計(jì)題目 延時(shí)開關(guān)電路 1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo) 1. 聲響能點(diǎn)亮燈，燈亮一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅。 2. 樓道兩端有手動(dòng)開關(guān)，開關(guān)閉合后燈點(diǎn)亮，一段時(shí)間后燈自動(dòng)熄滅。 3. 設(shè)置延時(shí)時(shí)間，燈點(diǎn)亮后數(shù)碼管顯示燈

8、距離熄滅的時(shí)間。 1.3 設(shè)計(jì)原理 1.由 NE555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，達(dá)到延時(shí)的目的。 2.由雙向晶閘管構(gòu)成觸發(fā)控制。 3.NE555 定時(shí)器組成多諧振蕩器，發(fā)出 1Hz 的脈沖波，構(gòu)成時(shí)鐘信號源。 4.74LS192N 同步十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器對時(shí)鐘信號進(jìn)行計(jì)數(shù)并輸出 BCD 碼。 5.74LS47N 對 BCD 碼進(jìn)行譯碼并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。 6.數(shù)碼管顯示時(shí)間。 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 2 第二章 延時(shí)開關(guān)電路設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)過程中，一方面要考慮電路的性能是否能達(dá)到要求，另一方面也要考慮電路 結(jié)構(gòu)以及元器件的選擇。在保證電路性能的前提下，盡可能選擇廉價(jià)、易購買、體積小 的元器件。 2.1系統(tǒng)模

9、塊及框圖 手動(dòng)開關(guān)NE555 延時(shí)觸發(fā)控制照明電路 聲音信號 拾取 NE555 產(chǎn)生 時(shí)鐘信號 計(jì)數(shù)器譯碼器驅(qū)動(dòng)器數(shù)碼管顯示 圖 2.1 延時(shí)電路方框圖 2.2 單元電路的設(shè)計(jì) 2.2.1 延時(shí)電路 NE555 定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)延時(shí)。 如圖 2.2 為 555 定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 555 定時(shí)器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用級為廣泛。它不僅 用于信號的產(chǎn)生和交換，還常用于控制與檢測電路中。 下面介紹 NE555 的結(jié)構(gòu)和功能。 如圖 2.3 為 555 定時(shí)器的引腳圖。 1. 主要特性 （1） 電源電壓范圍為 518V。 （2） 最大負(fù)載電流為 200mA

10、。 （3） 功耗低、輸入阻抗高。 2. 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 555 定時(shí)器的內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器 C1和 C2、簡單 SR 鎖存器、放電三極 圖 2.3 555 定時(shí)器引腳圖圖 2.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 3 管 T 以及緩沖器 G 組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 2.4 所示。 三個(gè) 5k 的電阻串聯(lián)組成分壓器， 為比較器 C1、C2 提供參考電壓。 當(dāng)控制 電壓端懸空或?qū)Φ亟由蠟V波電容，比較器 C1和 C2的基準(zhǔn)電壓分別為和。 2Vcc 3 Vcc 3 當(dāng) D（引腳 7）為低電平是，不管其他輸 入端的狀態(tài)如何，輸出端都為低電平。 3. 引腳功能 GND（1）：接地。 （2）：觸發(fā)輸入端。

11、TR OUT（3）：輸出端。 RESET（4）：復(fù)位端，當(dāng) 4 腳小于 0.4V 時(shí)，不管 2 和 6 腳的狀態(tài)如何，輸出端 3 腳輸出的都為低電平。 CONV（5）：控制端。 TH（6）：閥值端，只對高電平起作用，即輸入電壓大于稱為高觸發(fā)端，3 2Vcc 3 腳輸出低電平，但前提是 2 腳的點(diǎn)位大于是才有效。 Vcc 3 DIS（7）：放電端，與 3 腳輸出同步，輸出電平一致，但 7 腳并不輸出電流。 VCC（8）：工作電壓輸入端，輸入電壓范圍為 518V。 4. 工作原理和過程 當(dāng) V6、V2 時(shí)，比較器 C1輸出低電平，比較器 C2輸出高電平，簡單 SR 2Vcc 3 Vcc 3 鎖存器

12、 Q 端值 0，放電三極管 T 導(dǎo)通，輸出端輸出低電平。 當(dāng) V62Vcc/3 、V2時(shí)，比較器 C1輸出高電平，比較器 C2輸出低電平，簡單 Vcc 3 SR 鎖存器 Q 端值 1，放電三極管 T 截止，輸出端輸出高電平。 當(dāng) V6時(shí)，簡單 SR 鎖存器 R=1，S=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持 2Vcc 3 Vcc 3 原狀態(tài)不變。 555 定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作過程是：沒有觸發(fā)信號時(shí) 2 腳處于高電平（V2 圖 2.4 555 定時(shí)器內(nèi)部電路 圖 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 4 ） ，如果接通電源后 Q=0，T 導(dǎo)通，電容通過放電三極管 T 放電，使 VC1=0、Vo保持 Vcc 3 低

13、電平不變。如果接通電源后 Q=1，放電三極管 T 就會截止，電源通過電阻 R 向電容 C 充電，當(dāng) VC1上升到時(shí)，由于 R=0、S=1，鎖存器置 0、Vo為低電平。此時(shí)放電三 2Vcc 3 極管 T 就導(dǎo)通，電容 C1放電，Vo保持低電平不變。因此，電路通電后在沒有觸發(fā)信號時(shí)， 電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài) Vo=0。 若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號（） ，電路的輸出狀態(tài)由低電平跳為高電平，電路 Vcc 3 進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，放電三極管 T 截止。此后電容 C1充電，當(dāng) C1充電至 VC=時(shí)，電路的 2Vcc 3 輸出電壓 Vo有高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，同時(shí) T 導(dǎo)通，于是電容 C1放電，電路返回到穩(wěn)定 狀態(tài)。 主

14、要計(jì)算：如果忽略 T 的飽和壓降，則 VC1從零電平上升到的時(shí)間，即為輸出 2Vcc 3 電壓 Vo的脈寬 tw tw=R1C1ln31.1R1C1 （2-1） 即延時(shí)的時(shí)間 T=tw。 2.2.2 時(shí)鐘信號的產(chǎn)生電路 555 定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度很高，而且采用差分電路形式，用 555 定時(shí)器組成的 多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。時(shí)鐘信號實(shí)際是頻率為 1Hz 的脈沖信號，所以采用 555 定時(shí)器組成多諧振蕩器， 產(chǎn)生產(chǎn)生頻率為 1Hz 的脈沖信號。 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器電路圖如圖 2.5 所 示。 下面主要介紹 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器的 原理和工作過

15、程。 接通電源后，電容 C1被充電，當(dāng) VC1上升到 時(shí)，使 Vo為低電平，同時(shí)放電三極管 T 導(dǎo)通， 2Vcc 3 此時(shí)電容 C1通過 R2和 T 放電，VC1下降。當(dāng) VC1下降到時(shí)，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容 Vcc 3 圖 2.5 多諧振蕩器 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 5 器 C1放電所需要的時(shí)間為 tpL=R2C1ln20.7R2C1 （2-2） 當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T 截止，VCC通過將通過 R1、R2電容器 C1充電，VC1由上升到 Vcc 3 所需要的時(shí)間為 2Vcc 3 tpH=（R1+R2）C1ln20.7（R1+R2）C1 （2-3） 當(dāng) Vc1上升到 2Vcc/3 時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電

16、平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸 出端就是得到一個(gè)周期性的矩形波。其振蕩頻率為 f= (2-4) pLpH 1 tt 121 1.43 R2RC 經(jīng)過計(jì)算當(dāng) R1=10k，R2=100k，C1=6.8F 時(shí)，在電路的輸出端就得到一個(gè)頻率為 1Hz 的脈沖信號，即產(chǎn)生了時(shí)鐘信號。 2.2.3 聲控電路 當(dāng)樓道有聲響時(shí)，通過對聲音信號拾取和之后把它轉(zhuǎn)化成電信號流入 555 定時(shí)器組 成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 2 引腳，使其輸出端輸出高電平，以觸發(fā)觸發(fā)裝置，燈點(diǎn)亮。 聲控電路結(jié)構(gòu)圖如圖 2.6 所示 聲音信號 聲音信號的拾 取和轉(zhuǎn)換 555 定時(shí)器觸發(fā)裝置 圖 2.6 聲控電路結(jié)構(gòu)圖 下面介紹壓電陶瓷片

17、。 壓電陶瓷片是一種電子發(fā)音元件，在兩片銅制圓形電極中間放入壓電陶瓷介質(zhì)材料， 當(dāng)在兩片電極上面接通交流音頻信號時(shí)，壓電片 會根據(jù)信號的大小頻率發(fā)生震動(dòng)而產(chǎn)生相應(yīng)的聲 音來；反之，壓電陶瓷片受到機(jī)械振動(dòng)(或壓力)時(shí)， 片上就產(chǎn)生一定數(shù)量的電荷 Q，從電極上可輸出 電壓信號。 應(yīng)用原理：發(fā)出聲響，使壓電陶瓷片振動(dòng)， 當(dāng)壓電陶瓷片受到機(jī)械振動(dòng)(或壓力)時(shí)，片上就產(chǎn) 生一定數(shù)量的電荷 Q，從電極上可輸出電壓信號。 圖 2.7 聲控電路原理圖 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 6 采用壓電陶瓷片對樓道所發(fā)出的聲音信號進(jìn)行拾取并轉(zhuǎn)化成電信號，轉(zhuǎn)化出的電信號 很小，但不需要對它進(jìn)行放大，因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中正好利用它的低電平

18、。當(dāng) 555 定時(shí)器的 2 引腳接一個(gè)小于的電平時(shí)，555 定時(shí)器輸出高電平。聲控電路原理圖如圖 2.7 所示。 Vcc 3 2.2.4 延時(shí)顯示電路 延時(shí)顯示電路，對燈點(diǎn)亮后距離延時(shí)熄滅的時(shí)間進(jìn)行顯示。根據(jù)在延時(shí)電路中設(shè)定 延時(shí)的時(shí)間，在樓道照明電路工作時(shí)數(shù)碼管點(diǎn)亮并顯示距離停止工作的時(shí)間，在樓道照 明電路停止工作時(shí)顯示電路也停止工作，數(shù)碼管熄滅。 如圖 2.8 延時(shí)顯示電路結(jié)構(gòu)圖 時(shí)鐘信號計(jì)數(shù)器譯碼器驅(qū)動(dòng)器 圖 2.8 延時(shí)顯示電路結(jié)構(gòu)圖 數(shù)碼管顯示 1. 74LS192 集成芯片 74LS192 是一種可預(yù)置 8421BCD 碼并具有清除等功能的十進(jìn)制同步加/減可逆計(jì)數(shù)器 ，它采用雙時(shí)鐘

19、邏輯結(jié)構(gòu)，加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)具有各自的時(shí)鐘通道，計(jì)數(shù)方向有時(shí)鐘脈沖 進(jìn)入通道決定。其引腳排列及邏輯符號如圖 2.9 所示。 . 74LS192N 計(jì)數(shù)器的引腳及功能 ：置數(shù)端。 LOAD UP：加計(jì)數(shù)端。 DOWN：減計(jì)數(shù)端。 （a）引腳排列(b)邏輯符號 圖 2.9 74LS192 的引腳排列及邏輯符號 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 7 ： 非同步進(jìn)位輸出端。 CO ：為非同步借位輸出端。BO A、B、C、D：為計(jì)數(shù)器輸入端。 CLR：清除端。 QA、QB、QC、QD：為數(shù)據(jù)輸出端。 其功能表如表 2.1 所示。 . 使用方法 在本設(shè)計(jì)中用到的是 74LS192N 減計(jì)數(shù)器的功能。 i.當(dāng)清除為高電平時(shí)不

20、管計(jì)數(shù)時(shí)鐘的狀態(tài)如何，所有計(jì)數(shù)輸出都為低電平。 ii.當(dāng)置入控制（）為低電平時(shí)，輸出將隨輸入一起變化而與 UP 和LOAD DOWN 無關(guān)。 iii.計(jì)數(shù)上溢（為 9）并且 UP 為低電平時(shí)，進(jìn)位輸出（）產(chǎn)生一個(gè)低電平脈CO 沖。當(dāng)計(jì)數(shù)下溢（為 0）并且 DOWN 為低電平時(shí)，借位輸出（）產(chǎn)生一BO 個(gè)低電平。 iv.清零端（CLR）高電平有效，置數(shù)控制端（）低電平有效。LOAD . 反饋預(yù)置數(shù)法構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 在延時(shí)電路中設(shè)置延時(shí)大時(shí)間為六分鐘，在燈一點(diǎn)亮，數(shù)碼管顯示六分鐘。秒十位 輸入端 B 和 C 接高電平，A 和 D 接低電平。秒個(gè)位的四個(gè)輸入端都接到低電平上。再把 它的異步置數(shù)端

21、端和它的借位輸出相連，當(dāng)它要向高為借位時(shí)輸出端發(fā)出低電LOADBO 平使有效，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將其置為 0110 即就是 6。LOAD 由于 74S192 輸出的是 8421BCD 碼，要想驅(qū)動(dòng)七段式數(shù)碼管還要對 BCD 碼進(jìn)行轉(zhuǎn)化。 在譯碼驅(qū)動(dòng)部分采用 7 段字譯碼器 74LS74。 2. 7 段字譯碼器 74LS74 . 74LS47 的原理 表 2.1 74LS192 的功能表 輸入輸出 CLR LOAD UPDOWNDCBAQDQCQBQA 10000 00dcbadcba 011加計(jì)數(shù) 011減計(jì)數(shù) 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 8 7 段字型譯碼器 74LS47 是由與非門，輸入緩沖器和 7 個(gè)

22、與或非門組成，輸出低電平 有效。74LS74 將 4 位二進(jìn)制編碼十進(jìn)制數(shù)（BCD 碼）轉(zhuǎn)化成 7 段字型碼，然后去驅(qū)動(dòng) 一個(gè) 7 段顯示器。在正常操作時(shí)，當(dāng)輸入 DCBA=0010 是，則輸出 abcdefg=0010010，故 使顯示器顯示“2” 。當(dāng)輸入 DCBA=0110 是，則輸出 abcdefg=1100000，顯示器顯示“6” 。 74LS47N功能表如表 2.2 所示。 . 引腳功能 74LS47N 七段顯示譯碼器邏輯符號如圖 2.10 所示。 AD：輸入端 OAOG()：輸出端，低電平有效。ag ：燈測試輸入端，當(dāng)=0 時(shí)，無論其他輸入端時(shí)LTLT 什么狀態(tài)，所有各端輸出 O

23、AOG 均為 1，顯示字形 8。該輸入端常用于檢查譯碼器本身 及顯示器個(gè)段的好壞。 BL：滅燈輸入端，當(dāng) BL=0，并且 LT=1 時(shí)，無論其他輸入端是什么電平，所有各 段輸出 OAOG 均為 0，所以字形熄滅。該輸入端用于將不必要顯示的零熄滅。 ：動(dòng)態(tài)滅零輸入端，當(dāng)=1，=0 時(shí)，如果 DCBA=0000 時(shí) ag 段均熄滅。RBILTRBI ：動(dòng)態(tài)滅零輸出端，它與滅燈輸入 BI 共用一個(gè)引出端，當(dāng)在動(dòng)態(tài)滅零時(shí)輸出才RBO 為 0，可用于熄滅多位數(shù)字前后所不需要顯示的零。 表 2.2 74LS47 功能表 輸入輸出 十進(jìn) 制數(shù) LTRBI DCBA /BIRBOabcdefg 字形 0HHL

24、LLLHLLLLLLH0 1HLLLHHHLLHHHH1 2HLLHLHLLHLLHL2 3HLLLLHLLLLHHL3 4HLHLLHHLLHHLL4 5HLHLHHLHLLHLL5 6HLHHLHHHLLLLL6 7HLHHHHLLLHHHH7 8HHLLLHLLLLLLL8 9HHLLHHLLLHHLL9 圖 2.10 74LS47N 邏輯符號 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 9 顯示器采用七段數(shù)碼管顯示。 3. 數(shù)碼管 . 7 段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)和原理 7 段數(shù)碼管一般由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中由 7 個(gè)細(xì)長的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示， 另外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。 當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)

25、的一個(gè)點(diǎn)或一筆畫發(fā)光，控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯 示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的字符有限，但其控制簡單，使 用也方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起稱為共陽極數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陽極連在一起 稱為共陰極數(shù)碼管。結(jié)構(gòu)如圖 2.11 所示。 . 7 段數(shù)碼管的顯示 發(fā)光二極管時(shí)一種有磷化鎵等半導(dǎo)體材料制成的，能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光 器件。當(dāng)其內(nèi)部有電流通過時(shí)，它就會發(fā)光。 7 段數(shù)碼管每段的驅(qū)動(dòng)電流和其他單個(gè)發(fā)光二極管一樣，一般為 510mA，正向電壓 隨發(fā)光材料不同表現(xiàn)為 1.82.5V 不等。 靜態(tài)顯示：當(dāng)顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段發(fā)光二極管恒定地尋能可截止。 動(dòng)態(tài)顯示：就是

26、一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對于顯示器的每一為而言，每隔 一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，顯然在同時(shí)刻只有一位顯示器在工作，單利用人眼的視覺殘留效應(yīng) 和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余暉效應(yīng)，看到的是多個(gè)字符“同時(shí)”顯示。顯示的亮度與點(diǎn)亮 時(shí)導(dǎo)通電流和點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。 由于 74LS47N 輸出低電平有效，所以在本次設(shè)計(jì)中采用共陽極數(shù)碼管。 延時(shí)顯示電路的原理圖如圖 2.12 所示。 圖 2.11 7 段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 10 圖 2.12 延時(shí)顯示電路原理圖 2.2.5 直流穩(wěn)壓電路 1. 整流電橋 所謂橋式整流電路，就是用二極管組成一個(gè)整流電橋,如圖 2.13 所示。 當(dāng)輸入電壓處于

27、交流電壓正半周時(shí)，二極管 D1、負(fù)載電阻 RL、D3構(gòu)成一個(gè)回路，輸出電壓 Vo=vi-VD1-VD3。輸入電壓處于交流電壓負(fù)半周時(shí)， 二極管 D2、負(fù)載電阻 RL、D4構(gòu)成一個(gè)回路，輸出 電壓 Vo=vi-VD2-VD4。圖中濾波電容的工作狀態(tài)。 由上述分析可知，二極管橋式整流電路輸出的 也是一個(gè)方向不變的脈動(dòng)電壓，但脈動(dòng)頻率是半波 整流的一倍，可以得到橋式整流輸出電壓有效值 Vorsm=0.9Ursm。 圖 2.13 整流電橋及仿真圖 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 11 通過上述分析，可以得到橋式整流電路的基本特點(diǎn)如下： （1）橋式整流輸出的是一個(gè)直流脈動(dòng)電壓。 （2）橋式整流電路的交流利用率為 1

28、00%。 （3）電容輸出橋式整流電路，二極管承擔(dān)的最大反向電壓為 2 倍的交流峰值電壓 （電容輸出時(shí)電壓疊加） 。 （4）橋式整流電路二極管的負(fù)載電流僅為半波整流的一半。 （5）實(shí)際電路中，橋式整流電路中二極管和電容的選擇必須滿足負(fù)載對電流的要求。 在本設(shè)計(jì)中整流電橋和 220V 的交流直接相連,所以整流橋中的二極管選用 1N4007,1N4007 的具體參數(shù)如下: (1) 最大可重復(fù)峰值反向電壓 VRRM：1000V (2) 最大反向峰值電流 IR(AV)：30A (3) 最大直流正向平均整流電流 IF(AV)：1.0A (4) 正常工作的溫度范圍：60-175 2. LM7805 LM78

29、05 是三端正電源穩(wěn)壓電路,它的封裝形式為 T0-220。它內(nèi)部有電流限制，以及 過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本不會損壞。 LM7805 的電參數(shù)如表 2.3 所示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路如圖 2.14 所示。 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 12 圖 2.14 LM7805 內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖 LM7805 的工作最小輸入電壓為 35V，所以在整流橋前沒有進(jìn)行降壓。交流電經(jīng)過 整流后流入 LM7805 中，之后輸出穩(wěn)定的 5V 直流電壓。在本設(shè)計(jì)中為了整流電路能輸出 更穩(wěn)定的直流電，在 LM7805 的兩端各接了一個(gè)極性電容。整體濾波整流電路原理圖如 圖 2.15 所示。 表 2.3 LM7805 電參數(shù) 參數(shù)

30、符號條件最小值典型值最大值單位 TJ=25 4.85.05.2V 輸出電壓VO5.0mAlo1.0A,Po15W Vi=7.5Vto20V 4.755.005.25V TJ=25VO=7Vto12v -4.0100mV 線性調(diào)整頻率Regline TJ=25VO=8Vto25v -1.6500mV TJ=25IO=5.0mAto1.5A -9100mV 負(fù)載調(diào)整頻率Regload TJ=25IO=250mAto750mA -450mV 靜態(tài)電流IQ TJ=25 -5.08.0mA IO=5.0mAto1.0A-0.030.5mA 靜態(tài)電流變化率 IQ VI=7Vto25V-0.31.3mA 輸

31、出電流溫漂 VO/T IO=5mA-0.8- mV/ 輸出噪音電壓VN f=10Hzto100Hz,TA=25 -42-V/VO 紋波抑制比RRF=120Hz,VO=8Vto18V6273-dB 輸入輸出電壓差VDrop IO=1A,TJ=25 -2-V 輸出阻抗ROF=1Hz-15-m 短路電流ISC VI=35V,TA=25 -230-mA 峰值電流IPK TJ=25 -2.2-A 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 13 圖 2.15 濾波整流電路原理圖 圖中，C1用來改善紋波和抑制過電壓，C2用來改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 14 第三章 延時(shí)開關(guān)電路仿真與分析 Multisim 本是加拿大

32、圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics 簡稱 IIT 公司) 推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，被美國 NI 公司收購后，更名為 NI Multisim ，而 V10.0 是其（即 NI，National Instruments）最新推出的 Multisim 最新版本。NI Multisim 10 用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元 器件”、“軟件即儀器”。NI Multisim 10 是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測試的虛擬仿 真軟件。 NI Multisim 10 具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成

33、電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、 時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉 分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路 的性能。 3.1 延時(shí)電路仿真 由于 Multisim 10.0 庫里沒有光電耦合器 MOC3021，所以延時(shí)電路用 Multisim 10.0 和 Protues 7.8 進(jìn)行了仿真。在應(yīng)用中要延時(shí) 6 分鐘，由于方便看波形，在 Multisim 仿真 中把 R1 的電阻改小了，延時(shí)的時(shí)間也變短。仿真圖如圖 3.1.1 和圖 3.1.2 所示，定時(shí)器輸 出端的電壓和電容 C1的電壓波形圖如圖 3.2 所示。 圖

34、 3.1.1 延時(shí)電路仿真圖圖 3.1.2 延時(shí)電路仿真圖 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 15 圖 3.2 延時(shí)電路的電壓波形 圖 3.2 中，前面只有一種波形的那段是當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)電容 C1的電壓波形,表現(xiàn)出電容 器 C1的放電過程。當(dāng)閉合時(shí)，輸出約為 5V 的電壓，燈點(diǎn)亮并伴隨著有電容器 C1充電， 電容器 C1充到V 時(shí)輸出端電壓變?yōu)?0，燈熄滅。 10 3 3.2 時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路仿真 經(jīng)過計(jì)算和仿真分析，當(dāng) R1=10k，R2=100k，C1=6.8F 時(shí)，電路輸出頻率約為 1Hz 的矩形波。時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路仿真圖如圖 3.3 所示，輸出頻率為 1Hz 的脈沖信號波形 圖如圖 3.4 所示。 圖

35、 3.3 時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路仿真圖 圖 3.4（時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路電壓輸出波形圖） 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 16 3.3 聲控電路仿真 用函數(shù)信號發(fā)生器和一個(gè)開關(guān)來代替壓電陶瓷片和聲音信號。聲控電路仿真圖如圖 3.5 所示。經(jīng)過仿真分析，當(dāng)圖 3.5 中的隔直電容 C3過大時(shí)，不能達(dá)到聲控延時(shí)的目的。 當(dāng) C3的值過大時(shí)，用示波器測出的波形如圖 3.6 所示。當(dāng)減少 C3的值后，用示波器測出 的波形如圖 3.7 所示。 圖 3.5 聲控電路仿真圖 3.4 延時(shí)顯示電路仿真 74LS47N 對 74LS192N 輸出的 8421BCD 碼進(jìn)行編譯，輸出 7 段字型碼，驅(qū)動(dòng) 7 段字 數(shù)碼管。在仿真中用

36、5V/1Hz 的脈沖源充當(dāng)時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路。延時(shí)顯示電路仿真效果圖 如圖 3.8 所示。 圖 3.6 C3值較大時(shí)波形圖 圖 3.7 C3值較小時(shí)波形圖 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 17 圖 3.8 延時(shí)顯示電路仿真圖 3.5 整流流穩(wěn)壓電路整流流穩(wěn)壓電路 采用 Mutisim10.0 對濾波延時(shí)電路進(jìn)行仿真，當(dāng)輸入 220V/50Hz 的交流電視，經(jīng)過 整流橋和 LM7805 后，輸出 5V 的直流電。濾波整流電路仿真圖如圖 3.9 所示，濾波整流 電路輸出的電壓波形如圖 3.10 所示。 圖 3.10 直流穩(wěn)壓電路輸出電壓波形圖 3.9 直流穩(wěn)壓電路仿真 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 18 總 結(jié) 延時(shí)開關(guān)

37、電路是電力控制系統(tǒng)中的重要組成部分。它由延時(shí)電路、時(shí)鐘信號產(chǎn)生電 路、聲控電路、延時(shí)顯示電路、直流穩(wěn)壓電路構(gòu)成。延時(shí)電路的功能是先輸出高電平在 不用 人干預(yù)下過幾分鐘后自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?。其電路時(shí)由 NE55 定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有 較穩(wěn)定的輸出。通過改變電容和電阻的值來改變穩(wěn)態(tài)跳變的時(shí)間，從而改變高電平輸出 的時(shí)間。時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路是由 NE555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生計(jì)數(shù)器所需的時(shí) 鐘信號。此電路通過改變相關(guān)電容和電阻的值來改變振蕩的頻率，經(jīng)計(jì)算當(dāng)相關(guān)電容和 電阻為某值時(shí)振蕩器可輸出頻率約為 1Hz 電信號。聲控電路時(shí)用壓電陶瓷片拾取聲音信 號并把聲音信號變?yōu)殡娦盘?，通過此電信號

38、來觸發(fā)延時(shí)電路，使其輸出高電平。在此電 路的設(shè)計(jì)中，注意隔直電容的值要取較小的。延時(shí)顯示電路是 74LS192 在時(shí)鐘信號的作 用下計(jì)數(shù)，但 74LS192 輸出的是 4 位 8421BCD 碼，不能驅(qū)動(dòng) 7 段數(shù)碼管，所以還需譯碼。 采用 74LS47 把 74LS192 輸出的 4 位 8421BCD 碼譯成 7 位 8421BCD 碼并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。 整流穩(wěn)壓電路采用 LM7805 把交流電變成穩(wěn)定的 5V 直流電。各個(gè)單元電路設(shè)計(jì)完成后， 通過 Multisim10.0 軟件進(jìn)行仿真分析，從仿真結(jié)果可以看出各個(gè)單元電路都達(dá)到了預(yù)期的 設(shè)計(jì)要求。 在延時(shí)開關(guān)電路的單元電路設(shè)計(jì)中，直流穩(wěn)

39、壓電路設(shè)計(jì)得比較好，它通過運(yùn)用專用 的整流穩(wěn)壓集成芯片 LM7805，在其兩端分別接了一個(gè)電容，它們改善紋波和抑制過電壓 以及改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。該電路性能穩(wěn)定度高，可輸出穩(wěn)定的 5V 直流電壓。從總體上來 看，整個(gè)設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，但也有不足需要改進(jìn)的地方。延遲和顯示的 時(shí)間 只能在電路內(nèi)部可調(diào)，用戶在外面是不可以根據(jù)自己的需要對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)延遲的時(shí) 間改變時(shí)，顯示電路也要相應(yīng)的改變。其次在延時(shí)顯示電路中采用 NE555 構(gòu)成的多穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號頻率約為 1Hz，這使得計(jì)時(shí)不是很精確。由于本設(shè)計(jì)顯示的時(shí)間不 需很精確，所以采用 NE555 構(gòu)成的多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來產(chǎn)生的時(shí)鐘

40、信號是可行的，如果要很 精確的時(shí)間可采用晶振。 經(jīng)過一段時(shí)間才把整個(gè)設(shè)計(jì)做完，在做的過程中遇到了不少的問題，就是在解決問 題中讓自己學(xué)到了許多。讓我明白了理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，通過實(shí)踐加深了對理論的理解。 在設(shè)計(jì)過程中，鍛煉了自己的動(dòng)手能力。 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 19 參考文獻(xiàn) 1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006. 2 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006. 3 從宏壽，李紹銘編著.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 Multisim 在電子電路與單片機(jī)中的應(yīng)用.M.北 京市：清華大學(xué)出版社, 2008. 4 盧明智.數(shù)字電路創(chuàng)意實(shí)驗(yàn).M.北京市：科學(xué)出版社, 2012 5 吳新開.電子測試、仿真與制作技術(shù)（第一版）M.長沙：中南大學(xué)出版社，2009. 6 李毅. 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn).M. 西安市：西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2009. 7 http:/ 8 http:/ 9 http:/ 10 http:/ 11 http:/ 延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 20 致 謝 經(jīng)過一段時(shí)間的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)后，成功的完成了延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì)。在