目錄1 技術指標 1
1.1初始條件 1
1.2 技術要求 1
2 設計方案及其比較 1
2.1 模擬電路方案 1
2.1.1 方案一 1
2.1.2 方案二 3
2.1.3 方案比較 4
2.2 數位電路方案 4
2.2.1 方案一 4
2.2.2 方案二 8
2.2.3 方案比較 10
3 實現方案 10
3.1 模擬電路方案 10
3.1.1 電路器件說明及反相器電路 10
3.1.2 電路原理分析 11
3.2數位電路方案 12
3.2.1 電路器件說明 12
3.2.2 電路原理分析 15
3.2.3 電路引數設計 15
4 除錯過程及結論 16
4.1 模擬部分 16
4.2 數字部分 16
5 心得體會 17
6 參考文獻 18
自動迴圈調光燈電路的設計和模擬訊號運算電路的設計
直流可調穩壓電源一台、以積體電路運算放大器lf353、ne555和cd4017積體電路、三極體9013、萬用表一塊、麵包板一塊、元器件若干、剪刀、鑷子、導線等必備工具。
1）模擬部分
以積體電路運算放大器lf353為主，設計一種模擬訊號運算電路。具體包括加法運算電路和減法運算電路，要求能夠實現兩路可調模擬訊號的加法運算和減法運算。
2）數字部分
以ne555和cd4017積體電路為主晶元，設計一種調光燈電路。可以使燈在熄滅—微亮—較亮—最亮四種狀態下迴圈。要求燈光變化的迴圈速度可以進行調節。
1）加法器
方案一加法器原理圖如圖1所示。
圖1 方案一加法器原理圖
規定：r1端輸入電壓為,通過的電流為；r2輸入電壓為，通過的電流為;rf通過的電流為；輸出電壓為。
根據「虛短」和「虛地」得知放大器兩輸入端接地，電壓0。列ｎ點節點電流方程有：
因為： 。
所以：即：
2) 減法器
方案一減法器電路原理圖如圖2所示。
圖2 方案一減法器原理圖
規定：r1端輸入電壓為；r2輸入電壓為；放大器同相輸入端輸入電壓為輸出電壓為。
在作用， =0時，這是乙個反相器，則
在作用， =0時，這是乙個同相放大器,則
根據電壓疊加原理，，同時作用時輸出電壓為
用方案一的方法來實現加法器是最簡單，最準確的，也是最優的方法。因此不做其他考慮，現設計另一種減法器。
方案二減法器的電路圖如圖3所示。
圖3 方案二減法器原理圖
規定：r1端輸入電壓為；r2輸入電壓為；放大器1,2的輸出電壓分別為，。
同加法器同樣的方法計算，可得：
因為加法器比較容易實現，且方案一的加法器電路是最簡單，最準確也是最優方案，因此加法器電路就採用方案一的電路原理圖。
對於減法器，雖然方案一的原理圖理論分析相對於方案二較複雜，但是只需要乙個放大器（方案二需兩個放大器），這就導致方案一的實際連線圖比方案二的實際連線圖要簡單，操作起來比較容易。因此，減法器也選擇方案一。
綜上，模擬電路方案選擇方案一。
自動迴圈調光燈電路由ne555組成的多諧振盪電路，cd4017組成的十進位制計數器，三極體9013組成的調光控制電路組成。使燈在熄滅—微亮—較亮—最亮四種狀態下迴圈。
1) ne555組成的多諧振盪電路
由ne555組成的多諧振盪電路為十進位制計數器提供時鐘脈衝訊號，其電路圖如圖4示。
圖4 ne555多諧振盪電路
當加上電源電壓後，由於電容c1上端電壓不能突變，故ne555處於置位狀態，輸出端（3腳）呈高電平「1」，而內部的放電管vtl截止，c1通過r1、r2對其充電，低電平觸發端（2腳）電位隨c1上端電壓的公升高呈指數上公升。
當c1上的電壓隨時間增加，達到2/3vdd閾值電平(6腳)時，上比較器a1翻轉，使rs觸發器置位，經緩衝級倒相，輸出v0呈低電平「0」。此時．放電管vt1飽和導通，c1上的電荷經r2至vt1管放電。當c1放電使其電壓降至1/3vdd觸發電平(2腳)時，比較器a2翻轉，rs觸發器復位，經倒相後，使輸出端(3腳)呈高電平「1」。
以上過程重複出現，形成無穩態多諧振蕩。
2）cd4017組成的十進位制計數器
cd4017主要由十進位制計數電路和時序解碼電路組成，是一種十進位制計數器。其基本功能是對「cp」端輸入的脈衝進行計數。並將輸入脈衝依次輸出到q0-q9十個輸出端。
當計滿十個數時，計數器清零，並產生乙個進製脈衝。
自動迴圈調光燈共有四種狀態變化，那麼只需計數器的四個輸出端來控制燈的亮度。利用cd4017輸出端一次輸出高電平的特點來實現調光燈電路圖如圖5所示。
圖5 計數器
當時鐘脈衝由「cp」端輸入，q0-q4端依次輸出高電平。當q4端輸出高電平是，計數器清零並重新計數。則q2-q0輸出狀態為001-010-100-000-001迴圈進行。
3）三極體9013組成的調光燈控制電路
由三極體9013組成的調光電路如圖6所示。q0-q2依次出現高電平，其變化狀態為000-100-010-001-000迴圈進行。當q0-q2出現高電平時，經三極體放大，點亮燈泡，由於r0-r2的電阻阻值不同，起到了控制燈泡亮度的作用。
當q3端出現高電平時，q0-q2輸出都為低電平，燈泡熄滅。當q4出現高電平時，計數器清零復位，q0-q2輸出為100，計數器進入新一輪迴圈。因此，隨著q0-q4端輸出電平的變化，燈泡在熄滅-微亮-較亮-最亮四種狀態下迴圈變化。
圖6 調光燈控制電路
自動迴圈調光燈電路如圖7所示。共由ne555多諧振盪電路，cd4017十進位制計數器，三極體9013調光燈控制電路三部分構成。使燈在熄滅-微亮-較亮-最亮四種狀態下迴圈變化。
圖7自動迴圈調光燈方案一原理圖
ne555組成的多諧振盪電路用來產生脈衝訊號，調節rv1可以改變振盪頻率，也就是燈光變化的迴圈速度。當脈衝訊號輸入到計數器的「cp」端時，計數器開始計數。隨著脈衝的不斷輸入，q0-q4端依次輸出高電平，當q0-q2依次輸出高電平時，經放大器放大，點亮燈泡，由於r0-r2電阻依次降低，起到了控制燈泡亮度的作用。
當q3端出現高電平時，q0-q2輸出都為低電平，燈泡熄滅。當q4出現高電平時，計數器清零復位，q0-q2輸出為100，計數器進入新一輪迴圈。因此，隨著q0-q4端輸出電平的變化，燈泡在熄滅-微亮-較亮-最亮四種狀態下迴圈變化。
ne555工作電壓為4.5v-15v，cd4017工作電壓為3v-18v。
實際工作電路中電源電壓選為6v。使各個器件正常工作。
多諧振盪電路的頻率為f=1.44/（r+2rv1）*c1。
當取c1=1uf,r=47k，rv1max=470k，計算得1.46hzf3≤0.62hz。
電路中其它引數：
r0=300k,r1=200k,r2=100k。
自動迴圈調光電路由與非門組成的多諧振盪電路，cd4017組成的十進位制計數器，三極體9013組成的調光控制電路三部分組成。使燈炮在熄滅-微亮-較亮-最亮四種狀態下迴圈變化。
1） 與非門組成的多諧振盪電路
圖8為由74ls00與非門積體電路及rc器件構成的振盪電路。通過rc電路的充放電，使電路產生諧振，電路中與非門以反相器的形式接入，其輸出為矩形脈衝。r，c的值可以確定電路的振盪頻率。
啟動開關s用來控制多諧振盪起啟動，開關s閉合時，電路起振；開關s斷開時，電路停止振盪。
圖8 與非門組成的多諧振盪器
2） cd4017組成的十進位制計數器
同方案一的單元電路設計—cd4017組成的十進位制計數器部分。
3） 三極體9013組成的調光燈控制電路
同方案一單元電路設計—三極體9013組成的調光燈控制電路部分。
自動迴圈調光燈電路如圖9所示。由與非門組成的多諧振盪電路，cd4017組成的十進位制計數器，三極體9013等組成的調光燈控制電路三部分構成，使燈在熄滅-微亮-較亮-最亮四種狀態下迴圈變化。
圖9 自動迴圈調光燈方案二原理圖
與非門組成的多諧振盪器，用來產生時鐘脈衝訊號。調節rv1的大小，可以控制振盪頻率，即燈光變化的迴圈速度。當脈衝訊號輸入到計數器的「cp」端時，計數器開始計數。
隨著脈衝的不斷輸入，q0-q3端依次輸出高電平，當q0-q2依次輸出高電平時，經放大器放大，點亮燈泡，由於r0-r2電阻依次降低，起到了控制燈泡亮度的作用。當q3出現高電平時，計數器清零復位，燈炮熄滅。因此，隨著q0-q3輸出電平的變化，電路實現了燈泡熄滅-微亮-較亮-最亮的迴圈變化。
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