专业课程设计一课程设计说明书-自动循环调光灯电路的设计和模拟运算电路的设计(编辑修改稿)

专业课程设计一课程设计说明书-自动循环调光灯电路的设计和模拟运算电路的设计(编辑修改稿)内容摘要：

高点平时，经 9013 放大，点亮 LED 灯，由于 R4R5R6 阻值不同，使 9013 放大的电流不同，因此灯的亮度也将不同，因此，若电阻阻值为 R4R5R6， LED 将出现熄灭→微亮→较亮→最亮的亮度状态循环现象。 2） 电路原理分析 将 上述讨论的三部分电路组合起来，即形成自动循环调光灯电路，如图 8 所示： NE555构成的多谐振荡器，用来产生脉冲信号，调节其中的 1M 欧姆电位器，可控制振荡频率，也就是可以改变灯光变化的循环速度。 当多谐振荡器输入脉冲给 CD4017 的 CLK 端时，计数器开始计数，随着脉冲的不断输入， Q0Q1Q2Q3 依次出现高电平，当 Q4 为高点平时，高图 7 调光灯控制电路 武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书 7 点平输入 MR 端，即对计数器强制清零， Q0Q1Q2Q3 回归 0000 状态。 由此可归纳出，当脉冲不断输入 ,Q0Q1Q2Q3 状态变化依次为 0000→ 1000→ 0100→ 0010→ 0001→ 0000，如此循环。 所以当 Q1Q2Q3 为 000 时，三极管无足够强信号输入，即三极管截止，此时灯不亮；由于R4R5R6，当 Q1Q2Q3 为 100 时， R4 前有高电平信号输入，三极管导通， R4阻值最大，此时灯微亮；当 Q1Q2Q3 为 010 时， R5 前有高电平信号输入，三极管导通， R5阻值次之，此时灯较亮；当 Q1Q2Q3 为 001 时 ,R6 前有高电平信号输入，三极管导通， R6 阻值最小，此时灯最亮；然后 Q1Q2Q3，又为 000，灯熄灭。 因此随着脉冲信号的不断输入，可以控制 LED灯在熄灭→微亮→较亮→最亮→熄灭状态不断循环变化，形 成可调变换速度的自动循环调光灯。 3） 电路参数计算 NE555 的工作电压为 ， CD4017 的工作电压为 3V18V，本实验中全部元器件工作电压统一使用 5V，各电路可正常工作。 C1=1μ F， R1=R2=，电位器 RPmax=1MΩ ,频率 f=(R1+2R2+2RP),所以可计算得多谐振荡器提供频率范围： ≤ f≤ 320Hz。 电阻暂定（实验中进一步确定）： R4=100K 欧姆， R5=50k 欧姆， R6=10K 欧姆。 方案二 1） 单元电路设计 该方案自动循环调光灯电路由与非门组成的多谐振荡器、 CD4017 组成的四进制计数 /分配器、三极管 9013 组成的调光灯控制信号放大电路等组成，使灯在熄灭、微亮、较亮图 8 自动循环调光灯电路 武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书 8 及最亮四种状态中不断的循环工作。 A）与非门组成的多谐振荡电路 原理图如图 9所示： 工作原理说明：图 9 所示为 74LS00 与非门及电容电阻元件组成的与非门多谐振荡器，其工作时通过 RC 电路的充放电使电路产生多谐振荡，电路中的与非门被接成反相器的形式，其输出为矩形脉冲波，振荡器频率可以通过选择 R、 C 值来确定，启动开关 S 是用来控制多谐振荡器的起振，当 S闭合，电路振荡；反之电路停振。 B） CD4017 组成的四进制计数 /分配器 参见方案一单元电路设计 C）三极管 9013 构成的调光灯控制信号放大电路 参见方案一单元电路设计 2）电路原理分析 该电路的工作原理基本和方案一的工作原理相同，只需将与非门组成的多谐振荡器替换方案一中的 NE555 定时器构成的多谐振荡器即可。 该电路通过调节 RP阻值大小来改变振荡频率，从而控制，调光灯状态循环的快慢。 （由于只需使用图 9替换图 8 中的多谐振荡器，所以该方案自动循环调光灯的完整电路不再画出） 3）电路参数计算 多谐振荡电路的振荡频率为 f=1/*C1,设 C1=10μ F， RPmax=47KΩ，计算得： f≥。 电路其它部分参数和方案一一致。 方案比较 图 9 与非门组成的多谐振荡器 武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书 9 方案一和方案二的计数电路和信号控制电路相同，唯一 的区别就在于多谐振荡器电路的选用，方案一采用 NE555 定时器构成的多谐振荡器电路，该电路比较简单且容易实现；方案二采用的 74LS00 与非门构成的多谐振荡器电路来产生脉冲信号，与方案一所用的NE555 相比，不方便调节脉冲频率，而且很关键的是其需要的电阻和电容难以满足。 况且方案一比较方案二，其布线较为简单，现象也容易观察。 所以方案一比较符合实验要求。 3 实现方案 模拟电路方案 电路器件说明 1） LF353 集成运算放大器 LF353 集成运算放大器是一种成本低，工作速度快的双输入 JEET 放大器，还具有输入偏置电流低，高输入阻抗等特征，每个 LF353 集成芯片封装了两个放大器。 如图Ⅰ、图Ⅱ分别为其内部结构图和实物芯片引脚图。 电路 原理分析 模拟信号加减法运算电路原理图分别由图Ⅲ和图Ⅳ所示。 信号分别从 Vi1 Vi2 输入，Vo输出，可分别实现信号的加减。 如图Ⅲ的反相加法运算电路， R4和 R2 前分别为 Vi Vi2 输入端， Vi1 端输入 +5V 电压， Vi2 通过电位器从 +5V 分压得到电压信号；然后俩输入运放 LF353 构成的电路时，进行反相加运算，又由于 R1=R2=R3=R4=1KΩ ,即可知 R1后加法运算输出： Vo=（ Vi1+Vi2）。 如图Ⅳ的减法运算电路， R4 和 R2 前分别为 Vi Vi2 输入端， Vi Vi2 分配电压信号原理同加法运算电路；俩输入经过两个运放组成的电路时，进行加法运 算 由于 R1=R2= R3= R4=R5=R6=1KΩ，可知 R6 后减法运算输出： Vo=Vi2Vi1。 图Ⅰ内部结构 图Ⅱ 引脚图 武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书 10 电路参数计算 1）反相加法运算电路： Vo=(Vi1+Vi2),其中 R1=R2=R3=1KΩ，电位器 RV1 阻值范围为 010KΩ。 2）加法运算电路： Vo=Vi2Vi1,其中 R1=R2=R3=R4=R5=R6=1KΩ，电位器也为 010KΩ。 数字电路方案 电路器件说明 1） NE555 定时器 图Ⅲ 反相加法器运算电路 图Ⅳ 减法器运算电路 武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书 11 NE555 定时器电路是一块介于模拟电路和数字电路的一种混合电路 , 由于这种特殊的地位，故 NE555 定器在报警电路、控制电路得到广泛的应用时。 如图 a为 NE555 的内部电 路，从图中可以看出，其仅有两个比较器、一个触发器、一个倒相器、放电管和几个电阻组成，由于比较器电路是一个模拟电路，而触发器电路为数字电路，故其为混合器件。 NE555 为一 8脚封装器件， 其电压范围为。 图 b为其引脚图，各引脚的名称和作用如下 表 1 所示 图 b NE555 引脚图 图 a NE555 内部结构 武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书 1。