1、課程設計說明書課程設計名稱： 電子課程設計 課程設計題目：模擬部分：串聯型連續可調直流穩壓負電源 數字部分：數字式定時開關 學 院 名 稱： 信息工程學院 專業：電子信息工程 班級： 學號： 姓名： 評分： 教師： 2014 年 09 月 25 日 電子 課程設計任務書20 14 20 15 學年 第 1 學期第 1 周 4 周 內容及要求1. 完成Altium Designer制圖（原理圖、PCB制圖）；2. 串聯型連續可調直流穩壓負電源電路設計與仿真；3. 數字式定時開關電路設計、制作及調試；4. 撰寫設計報告。進度安排1. 完成Altium Designer制圖（原理圖、PCB制圖）：1

2、周；2串聯型連續可調直流穩壓負電源電路設計與仿真：1周；3數字式定時開關電路設計：1周；4制作、調試、驗收、撰寫設計報告：1周；學生姓名：指導時間：第14周指導地點：任務下達2014年 9 月 1日任務完成2014 年9月25日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師系（部）主任摘要本課程設計包含PCB的原理及制作，數字式定時開關的設計與仿真，串聯型連續可調直流穩壓負電源電路的制作與調試。通過這次的課程設計，我們對于曾經學過的知識有了更加深刻的理解和鞏固，同時也鍛煉了我們的動手能力，收益頗多。 數字式定時開關電路是起定時報警或者定時開關電器的電路，在日常生活中應用很廣。當今社

3、會許多家用電器都有定時功能，定時可以節省能源，還可以提醒用戶電器的工作狀態。數字電子技術是一門實踐性和應用性都很強的課程，因此在學習課程理論知識的同時，應重視和加強實踐訓練，要注重對技術應用能力的培養，使理論和實踐緊密結合，融為一體，通過本次課程設計還學到了分析、查尋、和排除故障的方法。關鍵詞：PCB，數字式定時開關，串聯型連續可調直流穩壓負電源,計數器，譯碼器，蜂鳴器目 錄前言··················&

4、#183;···········································01第一章 數字式定時開關設計···

5、3;······································021.1 設計要求··········

6、···········································021.2 系統組成及工作原理····

7、83;······································031.3 電路中各部分電路分析及參數計算········

8、·······················07第二章 電路組裝與調試·························

9、;·····················082.1 電路元器件的排版與焊接······ ····················

10、;············082.2 電路的差錯調試···································

11、3;···········082.3 測試結果結果分析····································&#

12、183;········10第三章 串聯型連續可調直流穩壓負電源電路····························113.1 設計要求········

13、·············································11 3.2 系統組成及工作原理··&#

14、183;········································113.3 仿真結果·······

15、3;·············································14第四章 總結與展望···

16、;···············································194.1 總結·

17、83;·················································

18、83;·····19參考文獻···········································

19、83;···············20附錄一：元件清單·································

20、;·················21附錄二：PCB圖·······························&

21、#183;······················23電子課程設計前言除了純粹的理論知識外，當然我們也需要經過動手實驗來更加深入的了解這些知識的應用， 正所謂，“理論脫離實踐是最大的不幸?！?因此，學校給我們安排了為期一個月的課程設計。本次課程設計我們兩人一組以老師所給的課題進行一次全程自行設計制作的實踐課程，而這次實踐中，我們組所選的是串聯型連續可調直流穩壓負電源電路設計

22、與仿真和數字式定時開關電路設計仿真和制作。為此，我與我的同組伙伴也收集了許多相關的信息和資料，為了此次的課程設計做了充足的準備。第一章 數字式定時開關1.1 設計要求設計并制作一數字定時開關，此開關采用BCD撥盤預置開關時間。其最大定時時間為9秒，計數時采用倒計時的方式并通過一位LED數碼管顯示。此開關預置時間以后通過另一個按鈕控制并進行倒計時，當時間顯示為0時。開關發出開關信號，輸出端呈現高電平，開關處于開態，再按按鈕時，倒計時又開始，計時時間到驅動揚聲器報警。1.2 系統組成及工作原理1.2.1 系統組成這一系統具體分為五大主要部分：控制電路、秒脈沖發生器、定時器、譯碼顯示電路、報警電路。

23、這五部分互相之間配合起來組成整個系統，實現數字定時開關的功能。秒脈沖發生器（產生秒脈沖）定時器（計時功能）譯碼顯示（譯碼顯示時間）報警電路（定時報警功能）控制電路（控制開關及時間輸入功能）1.2.2 工作原理本開關由秒脈沖發生器、定時器、譯碼顯示電路、報警電路以及一些門電路和開關按鈕組成的控制電路所構成的。其工作原理是由555定時器構成的多諧振蕩電路作為秒脈沖發生電路產生一脈沖信號，將此脈沖信號輸入計時電路，計時電路由CD40192構成，利用CD40192的減計數端進行倒計數，計數范圍是09，由于輸入的脈沖信號的頻率接近一秒，計數器是每秒減一計數，再通過CD4511譯碼器進行譯碼由LED共陰數

24、碼管顯示。報警電路可由一個高電平信號驅動蜂鳴器報警。當譯碼器的輸出端全為低電平時，數碼管上顯示的是“0”。而四個低電平信號經過一些門電路可以得到一個高電平來驅動蜂鳴器。這個高電平還能夠反饋到計數器的清零端，使得計數器停止計數，數碼管的顯示停留在“0”。用到一個按鈕開關控制計數器的清零端，使得再按按鈕時，倒計時又開始。完成整個基本要求。但因為實驗中元器件的原因，且74L192D具有和CD40192芯片相同的管腳與功能，并對應相同，因此在該實驗中，我們用74L192D來代替CD40192。1.3 電路中各部分電路分析及參數計算1.3.1 控制電路利用CD40192的減計數端(Q1、Q2、Q3、Q4

25、)進行信號控制，四個開關作為置數和倒計時的控制。1.3.2 秒脈沖發生電路 圖1-1 秒脈沖發生器 多諧振蕩器的振蕩周期T1計算公式為：T1=(R1+2R2)*ln2*C2 各參數的值：R1=50k R2=47k C2=10F將各參數的值代入上面的計算公式得：T1=0.99811s 則可得到1秒的脈沖。 1.3.3、計數器 CD40192為可預置BCD可逆計數器。其引腳圖附錄三所示。當MR為高電平時,計數器置0。為低電平時，進行預置數操作，P0P3上的數據置入計數器中。當CPU=“1”時，在CPU上跳變，計數器減一計數?？捎芍脭刀撕蚉0P3數據輸入端完成數字定時功能，在09內任意置數。表14

26、CD40192的功能表輸入輸出MRCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0100000dcbadcba011加計數011減計數1.3.4、譯碼顯示電路1、譯碼顯示電路選用CD4511進行譯碼，選用共陰LED數碼管進行顯示。2、數碼顯示譯碼器 （1）七段發光二極管(LED)數碼管，LED數碼管是目前最常用的數字顯示器，圖(a)、(b)為共陰管和共陽管的電路，(c)為兩種不同出線形式的引出腳功能圖。一個LED數碼管可用來顯示一位09十進制數和一個小數點。LED數碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當的驅動能力。 (a) 共陰連接（“

27、1”電平驅動） (b) 共陽連接（“0”電平驅動）圖 1.4.1 LED數碼管 （2）BCD碼七段譯碼驅動器 此類譯碼器型號有74LS47（共陽），74LS48（共陰），CC4511（共陰）等，本實驗系采用CC4511 BCD碼鎖存七段譯碼驅動器。驅動共陰極LED數碼管。附錄三為CD4511引腳排列， A、B、C、D BCD碼輸入端 a、b、c、d、e、f、g 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅動共陰極LED數碼管。 測試輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“1” 消隱輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“0” LE 鎖定端，LE“1”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態，譯碼輸出保持在LE0時的數值，LE0為正

28、常譯碼。表1.4.2 CD4511功能表輸 入輸 出LEDCBAabcdefg顯示字形××0××××1111111×01××××0000000消隱0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隱01110110000000消隱

29、01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111××××鎖 存鎖存表1.4.2為CD511功能表。CD511內接有電阻，故只需在輸出端與數碼管筆段之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當輸入碼超過1001時，輸出全為“0”，數碼管熄滅。 1.3.5 報警電路報警電路選用連接一個蜂鳴器夠成報警電路。當CD40192的輸出全為“0”時，經過門電路得到一個高電平驅動報警電路工作。只要四個輸出有一個是高電平則得到的是一個低電平。到了“0”，蜂鳴器報警。沒到“0”，不報

30、警。1.4 電路仿真系統電路的仿真圖如下：第二章 電路的組裝與調試安裝與調試在電子制作中是實際操練的一步，理論走向實踐的過程。2.1 電路元器件的排版及焊接在原理分析完畢后，列出元件清單，領取完元器件后（在實際中，因為元器件有限，所以開關用了一個來控制），對元器件核對無誤后，按電路圖根據管腳走線布好局，進行測試過程。先是555脈沖發生器及其電阻、電容，然后是計數器CD40192、開關、或門4072BD、非門、譯碼器和蜂鳴器，最后布的是數碼管（注：在元件的排布上也要十分的注意，不能太過密集也不能太過稀疏，不然會造成線路干擾或者浪費材料等等不良的結果。）按高低順序焊好元器件和用焊錫走好線，由于元件

31、不多，很快就完成了焊接任務。2.2 電路的查錯與調試焊接完后，接上電源，電源蜂鳴器不響。經排查發現有一個焊點重合了。進行預置數調試，但預置數調試并不如想象中的順利，經常出現一些如：無法正確預置數、預置數無效、預置數不穩定等情況。后發現是由于開關焊接出現錯誤，將一頭懸空導致高電平，后將其正確焊接后預置數穩定。2.3測試結果與分析接上電源后數碼管上顯示的結果是：開關K5斷開時，由四個預置數開關進行置數，可從09進行置數，數碼管的示數一直顯示為預置的數；當K5閉合時，數碼管上的數值由剛才預置的數開始減計數直到0，而且顯示為0時蜂鳴器處于報警狀態，發出警報；譯碼的數值為0，數碼管一直顯示0，而報警器一

32、直報警；調整K5的通斷又可以重復上面的過程。分析：通過控制K1、K2、K3和K4開關的通斷來預置數，用K5的通斷來控制是否計數，當倒計數為0時會自動報警并一直保持為0。第三章 串聯型連續可調直流穩壓負電源電路3.1設計要求 設計制作一串聯型連續可調直流穩壓負電源電路1.輸出直流電壓在1.5-10V可調；2.輸出電流Iom=300mA；（有電流擴展功能）；3.穩壓系數Sr<0.5；4.具有過流保護功能；3.2 系統組成及工作原理：電路設計原理直流穩壓電源的工作原理框圖如圖 3-1 所示。 它包括電源變壓器，整流電路，濾波電路及穩壓電路等四大塊組成。圖 3.1(1)直流穩壓電源系統設計框圖3

33、.3 單元模塊3.3.1 電源 采用電源為15V，頻率為50HZ的交流電壓電源。3.3.2 整流電路 整流電路將交流電壓 U 變成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1。在該實驗中采用集成的 3N249 橋堆來完成，電路中采用了4個二極管，組成單向橋式整流電路。整流過程中，4個二極管輪流導通，無論正半周期還是負半周，流過負載的電流方向是一致的，形成全波整流，將變壓器輸出的交流電壓變成了脈動的直流電壓。3.3.3 濾波電路 整流濾波電路的輸出電壓是單一方向的，但是含有較大的交流成分，因此，一般在整流后，需要濾波電路。濾波電路的作用是平滑整流輸出的單向脈動電壓，

34、最簡單的濾波電路是電容器，橋式整流電路輸出的波形經電容濾波電路處理后的輸出電壓波形如圖3-2 所示。在整流后加上電容，如圖3-3（1）所示。經電容濾波電路處理后的輸出電壓波形如圖 3-3（2）所示。直流穩壓電源的全過程如圖 3-3（3）所示：3-3(1) 在整流后加上電容 3-3(2) 經電容濾波電路處理后的輸出電壓波形3-3(3) 為直流穩壓電源的全過程3.4.4 穩壓電路 經過濾波后輸出的直流電壓仍然存在較大波紋，而且交流電網電壓容許有起伏，隨著電網電壓的起伏輸出電壓也會隨之變動。此外，經過濾波后輸出的直流電壓也與負載的大小有關，當負載加重的時候，由于輸出的電流能力有限，使得輸出的直流電壓下降。因此，當需要穩定的直流電壓的時候，在整流、濾波電路后通常需要配有穩壓電路。根據設計所要求的性能指標，選擇集成三端穩壓器。因為本設計要求輸出穩壓負電源，并且在一定范圍內可調，根據設計的要求，LM117HVH符合這一設計，對于LM117HVH來說，輸出電壓U隨輸出端與調整端之間的總電阻R1與調整端與地的總電阻R2的改變而改變，設輸出端的電勢為U（相對地），在一定范圍內，調整端的電勢U0滿足由于U0幾乎不變，U0大約為1