武汉理工大学课程设计报告.docx

武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书目录目录1 技术指标 ..................................................................1 1.1 初始条件 .............................................................1 1.2 技术要求.............................................................12 设计方案及其比较 ..........................................................1 2.1 模拟电路方案.........................................................1 2.1.1 方案一 .........................................................1 2.1.2 方案二 .........................................................3 2.1.3 方案比较 .......................................................4 2.2 数字电路方案.........................................................4 2.2.1 方案一 .........................................................4 2.2.2 方案二 .........................................................8 2.2.3 方案比较 ......................................................103 实现方案 .................................................................10 3.1 模拟电路方案........................................................10 3.1.1 电路器件说明及反相器电路 ......................................10 3.1.2 电路原理分析 ..................................................11 3.2 数字电路方案 ........................................................12 3.2.1 电路器件说明 ..................................................12 3.2.2 电路原理分析 ..................................................15 3.2.3 电路参数设计 ..................................................154 调试过程及结论 ...........................................................16 4.1 模拟部分............................................................16 4.2 数字部分............................................................165 心得体会 .................................................................176 参考文献 .................................................................18武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书1自动循环调光灯电路的设计和模拟信号 运算电路的设计1 1 技术指标技术指标1.11.1 初始条件初始条件直流可调稳压电源一台、以集成电路运算放大器 LF353、NE555 和 CD4017 集成电路、三极管 9013、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子、导线等必备工具。

1.21.2 技术要求技术要求1）模拟部分以集成电路运算放大器 LF353 为主，设计一种模拟信号运算电路具体包括加法运算电路和减法运算电路，要求能够实现两路可调模拟信号的加法运算和减法运算2）数字部分以 NE555 和 CD4017 集成电路为主芯片，设计一种调光灯电路可以使灯在熄灭—微亮—较亮—最亮四种状态下循环要求灯光变化的循环速度可以进行调节2 2 设计方案及其比较设计方案及其比较2.12.1 模拟电路方案模拟电路方案2.1.12.1.1 方案一方案一1）加法器方案一加法器原理图如图 1 所示武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书2图 1 方案一加法器原理图规定：R1 端输入电压为,通过的电流为 ；R2 输入电压为，通过的电流为 ;RF𝑣𝑖1𝑖1𝑣𝑖2𝑖2通过的电流为 ；输出电压为𝑖𝑓𝑣0根据“虚短”和“虚地”得知放大器两输入端接地，电压 0列Ｎ点节点电流方程有：{𝑖1=𝑣𝑖1𝑅1𝑖2=𝑣𝑖2𝑅2𝑖3=𝑣0𝑅𝑓?因为： 𝑖1≈ 0所以： 𝑖𝑓= 𝑖1+ 𝑖2即： ‒𝑣0𝑅𝑓=𝑣𝑖1𝑅1+𝑣𝑖2𝑅2𝑣0=‒(𝑅𝑓𝑅1𝑣𝑖1+𝑅𝑓𝑅2𝑣𝑖2) (1)2) 减法器方案一减法器电路原理图如图 2 所示。

图 2 方案一减法器原理图武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书3规定：R1 端输入电压为；R2 输入电压为；放大器同相输入端输入电压为输出𝑣𝑖1𝑣𝑖2𝑣𝑝电压为𝑣0在作用，=0 时，这是一个反相器，则𝑣𝑖1𝑣𝑖2𝑣𝑜1=‒𝑅𝑓𝑅1𝑣𝑖1在作用，=0 时，这是一个同相放大器,则𝑣𝑖2𝑣𝑖1𝑣𝑝=𝑅3𝑅3+ 𝑅2𝑣𝑖2𝑣𝑜2=(1 +𝑅𝑓𝑅1)𝑣𝑝=(1 +𝑅𝑓𝑅1)(𝑅3𝑅3+ 𝑅2)𝑣𝑖2根据电压叠加原理，，同时作用时输出电压为𝑣𝑖1𝑣𝑖2𝑣0=‒𝑅𝑓𝑅1𝑣𝑖1+(1 +𝑅𝑓𝑅1)(𝑅3𝑅3+ 𝑅2)𝑣𝑖2 (2)2.1.22.1.2 方案二方案二用方案一的方法来实现加法器是最简单，最准确的，也是最优的方法因此不做其他考虑，现设计另一种减法器方案二减法器的电路图如图 3 所示图 3 方案二减法器原理图规定：R1 端输入电压为；R2 输入电压为；放大器 1,2 的输出电压分别为，𝑣𝑖1𝑣𝑖2𝑣𝑜1𝑣𝑜同加法器同样的方法计算，可得：𝑣𝑜1=‒𝑅𝑓1𝑅1𝑣𝑖1𝑣𝑜= ‒ (𝑅𝑓2𝑅3𝑣𝑜1+𝑅𝑓2𝑅3𝑣𝑖2)武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书4=𝑅𝑓1𝑅1𝑅𝑓2𝑅3𝑣𝑖1‒𝑅𝑓2𝑅3𝑣𝑖2 2.1.32.1.3 方案比较方案比较因为加法器比较容易实现，且方案一的加法器电路是最简单，最准确也是最优方案，因此加法器电路就采用方案一的电路原理图。

对于减法器，虽然方案一的原理图理论分析相对于方案二较复杂，但是只需要一个放大器（方案二需两个放大器） ，这就导致方案一的实际连线图比方案二的实际连线图要简单，操作起来比较容易因此，减法器也选择方案一综上，模拟电路方案选择方案一2.22.2 数字电路方案数字电路方案2.2.12.2.1 方案一方案一2.2.1.12.2.1.1 单元电路设计单元电路设计自动循环调光灯电路由 NE555 组成的多谐振荡电路，CD4017 组成的十进制计数器，三极管 9013 组成的调光控制电路组成使灯在熄灭—微亮—较亮—最亮四种状态下循环1) NE555 组成的多谐振荡电路由 NE555 组成的多谐振荡电路为十进制计数器提供时钟脉冲信号，其电路图如图 4示武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书5图 4 NE555 多谐振荡电路当加上电源电压后，由于电容 C1 上端电压不能突变，故 NE555 处于置位状态，输出端（3 脚）呈高电平“1” ，而内部的放电管 VTl 截止，C1 通过 R1、R2 对其充电，低电平触发端（2 脚）电位随 C1 上端电压的升高呈指数上升当 C1 上的电压随时间增加，达到 2/3VDD 阈值电平(6 脚)时，上比较器 A1 翻转，使RS 触发器置位，经缓冲级倒相，输出 V0 呈低电平“0” 。

此时．放电管 VT1 饱和导通，C1上的电荷经 R2 至 VT1 管放电当 C1 放电使其电压降至 1/3VDD 触发电平(2 脚)时，比较器 A2 翻转，RS 触发器复位，经倒相后，使输出端(3 脚)呈高电平“1” 以上过程重复出现，形成无稳态多谐振荡2）CD4017 组成的十进制计数器CD4017 主要由十进制计数电路和时序译码电路组成，是一种十进制计数器其基本功能是对“CP”端输入的脉冲进行计数并将输入脉冲依次输出到 Q0-Q9 十个输出端当计满十个数时，计数器清零，并产生一个进位脉冲自动循环调光灯共有四种状态变化，那么只需计数器的四个输出端来控制灯的亮度利用 CD4017 输出端一次输出高电平的特点来实现调光灯电路图如图 5 所示武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书6图 5 计数器当时钟脉冲由“CP”端输入，Q0-Q4 端依次输出高电平当 Q4 端输出高电平是，计数器清零并重新计数则 Q2-Q0 输出状态为 001-010-100-000-001 循环进行3）三极管 9013 组成的调光灯控制电路由三极管 9013 组成的调光电路如图 6 所示Q0-Q2 依次出现高电平，其变化状态为000-100-010-001-000 循环进行。

当 Q0-Q2 出现高电平时，经三极管放大，点亮灯泡，由于 R0-R2 的电阻阻值不同，起到了控制灯泡亮度的作用当 Q3 端出现高电平时，Q0-Q2输出都为低电平，灯泡熄灭当 Q4 出现高电平时，计数器清零复位，Q0-Q2 输出为100，计数器进入新一轮循环因此，随着 Q0-Q4 端输出电平的变化，灯泡在熄灭-微亮-较亮-最亮四种状态下循环变化武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书7图 6 调光灯控制电路2.2.1.22.2.1.2 电路原理分析电路原理分析自动循环调光灯电路如图 7 所示共由 NE555 多谐振荡电路，CD4017 十进制计数器，三极管 9013 调光灯控制电路三部分构成使灯在熄灭-微亮-较亮-最亮四种状态下循环变化武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书8图 7 自动循环调光灯方案一原理图NE555 组成的多谐振荡电路用来产生脉冲信号，调节 RV1 可以改变振荡频率，也就是灯光变化的循环速度当脉冲信号输入到计数器的“CP”端时，计数器开始计数随着脉冲的不断输入，Q0-Q4 端依次输出高电平，当 Q0-Q2 依次输出高电平时，经放大器放大，点亮灯泡，由于 R0-R2 电阻依次降低，起到了控制灯泡亮度的作用。

当 Q3 端出现高电平时，Q0-Q2 输出都为低电平，灯泡。