電子技術(shù)課程設(shè)計（一）高低電平報警器設(shè)計

1、淮海工學院課程設(shè)計報告書 課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計（一） 題 目： 高低電平報警器 系 （院）： 電子工程系 學 期： 06-07-2 專業(yè)班級： 通信052班 姓 名： 學 號： 評語：成績：簽名：日期：引言電子技術(shù)是二十世紀發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一，這主要得益于集成電路和計算機的發(fā)明。這兩項技術(shù)既是電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，又是電子技術(shù)持續(xù)發(fā)展的推動力?？梢灶A見在二十一世紀，電子技術(shù)還將以更快的速度向前發(fā)展。因此，掌握電子技術(shù)是對電類專業(yè)學生的基本要求。在我們的日常生活中，經(jīng)常會用到一些儀器設(shè)備只能在一定的輸入電壓范圍內(nèi)工作，超出此范圍，電路工作就不正常。由于這個原因，就需要對輸入電壓進行監(jiān)控

2、。1 設(shè)計目的、要求鞏固加深對電子技術(shù)基礎(chǔ)知識的理解,培養(yǎng)學生獨立分析問題,解決問題,提高綜合運用所學知識的能力。通過查找資料，選方案，設(shè)計電路，安裝調(diào)試，寫報告等環(huán)節(jié)的訓練，熟悉設(shè)計的過程，步驟，為以后從事電子電路設(shè)計、研制電子參品打下基礎(chǔ)。了解電子線路設(shè)計的過程、工藝、技術(shù)規(guī)范，學會書寫設(shè)計說明書。培養(yǎng)學生嚴肅、認真的科學態(tài)度和工作作風。2 設(shè)計指標當輸入電壓vi2/3vcc或vi1/3vcc時電路報警。1）ui為015v步進電源，步進為1v。2）vcc=18v.3 總體框圖設(shè)計根據(jù)技術(shù)要求，此報警器可由以下幾部分組成，首先要產(chǎn)生輸入電壓vi：05v的步進電第二部分是比較器，將vi與報警門

3、限電平相比較，由于該報警器要求有兩個門限電平，即或電路報警，而電路不報警，所以這里選用窗口比較器；第三部分則為報警電路?？傮w框圖見圖1018v步進電源 窗口比較器 報警電路 圖1 總體框圖4 功能模塊設(shè)計4.1 直流步進電源的原理框圖 直流步進穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖2。直流輸出穩(wěn)壓變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路交流輸入 220v,50hz 圖2 直流步進電源的原理框圖4.2 015v步進電源的設(shè)計由于要求輸出015v步進電源，在此選用三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器cw317。cw317輸出電壓范圍1.2v37v，為了能滿足技術(shù)要求輸出015v，可再選用一片

4、cw337（輸出-1.2-37v），使之輸出-1.2v，與cw317的+1.2v相加，從而使輸出電壓達到0v。參考電路如圖3所示。 圖3 015v步進電源電路圖可取ir1=36ma，r1=vref/ir1=100200，取r1=100。輸出電壓的表達式為：調(diào)節(jié)r2，可改變輸出電壓的大小即改變即可改變，根據(jù)上式可以很容易的推導出四個開關(guān)不同的閉合方式下uo1的值，四個開關(guān)有16種組合方式所以uo1有16個值，cw337的輸出uo2始終為-1.2v。選定r2的值為340，318，296，274，252，230，208，186，164，142，120，98，76，54，32，。則通過公式計算輸出電壓

5、，取幾個電阻為例來驗證：a1組成同相比例加法器，將uo1與uo2相加，即uo=4（uo1+uo2）。當r2為340，318，296，274時，、uo=4（uo1+uo2），則可以算出分別為uo=15v, uo=14v, uo=13v，uo=12。則uo輸出電壓為015v，其步進為1v，符合系統(tǒng)設(shè)定。4.3 電源變壓器的設(shè)計變壓器是輸送交流電時所使用的一種變壓器和變電流的設(shè)備。它通過磁路的耦合作用把交流電從原邊輸送到副邊，利用繞制在同一鐵心上的原繞組和副繞組匝數(shù)的不同，把原繞組的電壓和電流從某種數(shù)量等級改變?yōu)楦崩@組的另外一種等級。本系選用額定電壓為220v，頻率為50hz的電源變壓器sl-100

6、/220v，其作用是把輸入為220v的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楸驹O(shè)計系統(tǒng)所需要的50v電壓。 4.4 單相橋式整流電路 整流電路有單相橋式整流電路，單相半波整流電路，單相全波整流電路等。本系統(tǒng)選用單相橋式整流電路。工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其電路如圖4所示。 圖4 單相橋式整流電路 在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖4的電路圖可知： 當正半周時二極管d1、d3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當負半周時二極管d2、d4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋

7、式整流電路的波形圖見圖5。 圖5 單相橋式整流電路波形圖 4.5 電容濾波電路 濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器c對直流開路，對交流阻抗小，所以c應(yīng)該并聯(lián)在負載兩端。電感器l對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此l 應(yīng)與負載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和rc濾波等。本系統(tǒng)設(shè)計在單相橋式整流電路直接接并聯(lián)電容構(gòu)成電容濾波電路，經(jīng)過此電容濾波電路濾去整流輸出電壓的紋波。電容濾波電路如圖6所示 圖6 電容濾波電路濾波原理：若電路處于正半周，二極管

8、d1、d3導通，變壓器次端電壓v2給電容器c充電。此時c相當于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦形。所以，在t1到t2時刻，二極管導電，充電，vc=vl按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關(guān)斷，vc=vl按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為rlc。 電容濾波過程如圖7。 圖7 電容濾波過程 當放電時間常數(shù)rlc增加時，t1點要右移， t2點要左移，二極管關(guān)斷時加長，導通角減小，見曲線3；反之，rlc減少時，導通角增加。顯然，當l很小，即il很大時，電容濾波的效果不好，見圖8濾波曲線中的2。反之，當l很大，即il很小時，盡管c較小, rlc仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。1 2

9、 圖8 濾波曲線4.6 穩(wěn)壓電路的設(shè)計穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負反饋技術(shù)進一步穩(wěn)定直流電壓。由本系統(tǒng)設(shè)計要求可知電源輸出為018v步進電源，在此選用三端正輸出可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器cw317，cw317輸出電壓范圍為1.2v37v，輸出電流可調(diào)范圍為0.11.5a。它同樣有三個端子，即輸入端、輸出端和調(diào)整端，在輸出與調(diào)整端之間為vref=2v的基準電壓，從調(diào)整端流出的電流。為了能滿足技術(shù)要求輸出018v，可再選用一片三端負輸出可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器cw337（輸出-1.2-37v），使之輸出-1.2v，與cw317的+1.2v相加，從而使輸出電壓達到0v?；倦娐啡鐖D9所示。 圖9 穩(wěn)壓電路電路

10、圖，4.7 比較器窗口電壓比較器的作用是對兩個輸入電壓進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低電平的電壓，以滿足后面連續(xù)的數(shù)字電路對1和0兩個邏輯電平的要求。窗口比較器的作用是把步進電源輸出的電壓值與設(shè)定的高低電壓值進行比較，然后得出窗口比較器的輸出電壓的高低電平以為后面的報警電路的輸入作準備。窗口比較器的電路如圖10（a）所示，傳輸特性如圖10(b)所示。 (a)電路圖 (b)傳輸特性圖10 窗口比較器本系統(tǒng)設(shè)計窗口比較器是用來檢測給定電壓的電路并輸出電壓的高、低電平，如圖10（a)是相應(yīng)的電路圖，圖10（b）是其傳輸特性。根據(jù)技術(shù)要求，ul應(yīng)為1/3vcc=6v，uh應(yīng)為2/3vcc=12v取r

11、1=r2=r3=15k可滿足技術(shù)要求，工作過程如下：當uiuh時即ui12v，d1導通，uo為低電平 當uiul時即ui6v，d2導通，uo為低電平； 當uluiuh時6vui12v，d1、d2都不導通，uo為高電平。4.8 報警電路的設(shè)計報警電路的設(shè)計方法較多，本課程設(shè)計采用簡單的發(fā)光二極管和蜂鳴器報警。vi2/3vc時，發(fā)光二極管閃爍，同時蜂鳴器發(fā)出嘟、嘟的聲音。本系統(tǒng)設(shè)計的報警電路的電路圖如圖11所示： 圖11 報警電路電路圖圖中ui為窗口比較器的輸出，a1組成矩形波發(fā)生器，a2為單門限比較器。a2的同相輸入端是一連續(xù)變化的以零電位為對稱的三角波，其幅度為：周期為：窗口比較器的輸出電壓與

12、三角波相比，當1/3vcvi2/3vc時，ui為高電平，在設(shè)計中使uiu+ ，此時uo為低電平，發(fā)光二極管和蜂鳴器均不工作；當vi2/3vc或vi1/3vc時， ui為低電平，經(jīng)過單門限比較器，uo為正負相間的矩形波，當正電平到來時，發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)出嘟聲，當負電平到來時，發(fā)光二極管熄滅，蜂鳴器停叫。這樣只要矩形波發(fā)生器頻率適當，就可看到發(fā)光二極管連續(xù)閃爍，蜂鳴器發(fā)出嘟嘟的聲音。5 總電路圖設(shè)計：6 元器件清單元件名稱型號（參數(shù)）個數(shù)三端穩(wěn)壓器cw3171cw337 1 15k 1二極管in40011運算放大器a7413發(fā)光二極管1蜂鳴器1變壓器sl-100/220v1 電容470mf

13、2100 mf30.1mf20.01mf1電阻若干7 總結(jié) 通過這次課程設(shè)計，感覺自己的收獲不少。做課程設(shè)計是為了讓我們對平時學習的理論知識與實際操作相結(jié)合，在理論和實驗教學基礎(chǔ)上進一步鞏固已學基本理論及應(yīng)用知識并加以綜合提高，學會將知識應(yīng)用于實際的方法，提高分析和解決問題能力。通過這次對高低電平報警器的設(shè)計，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解有關(guān)高低電平報警器的原理與設(shè)計理念。在做課程設(shè)計的過程中，我深深地感受到了自己所學到知識的有限，明白了只學好課本上的知識是不夠的，要通過圖書館和互聯(lián)網(wǎng)等各種渠道來擴充自己的知識。在實驗過程中我們曾經(jīng)遇到過問題，設(shè)計電路過程中總是遇到這樣那樣的問題。在實驗的過程中我和我們組的成員互相討論互相合作，使得我們的課程設(shè)計得以順利完成，體會到了合作的力量，感受到了1+12，所有的這些心得會對我以后的學習和工作有幫助作用。8 參考文獻1 梁宗善 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 武漢：華中理工大學出版社， 19952 高吉祥主編電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計第二版 北京：國防科技大學3 何杜成，蘇勇編報警 指示提醒 告知應(yīng)用電路第一版 濟南：山東科學技術(shù)出版社 20074 周淵深 電力電