《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汇.docxVIP

自动循环调光灯和模拟运算电路的设计技术指标初始条件直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具技术要求设计一种自动循环调光灯电路，可以使灯在熄灭、微亮、较亮及最亮四种状态中不断地循环工作。要求灯光变化的循环速度可以进行调节。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。设计方案及其比较模拟电路方案方案一1） 反相加法运算电路[1]原理图如图1所示（原理图都由proteus软件作出，导出图片裁剪所得）：图1 反相加法器工作原理：该电路图为反向加法电路，图中R4和R2前分别为Vi1，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）。2） 减法器运算电路原理图如图2所示：图2 减法器工作原理：该电路为减法运算电路，图中R4和R2前分别为Vi1、Vi2输入端，Vi1、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=Vi2-Vi1。方案二1） 反相加法运算电路原理图如图3所示：图3 反相加法器2工作原理：信号电压的输入原理和方案一方案二相同。信号电压Vi1、Vi2输入前三个运放构成的电压比较器组合电路后所得的结果为Vo’=Vi1*R1/(R1+R2)+Vi2*R2/(R1+R2)，又由于R1=R2=1KΩ，Vo’=(Vi1+Vi2)/2；之后通过第四个反相比例运算放大器运算结果为 Vo=-Vo’*R4/R3，由R4=2*R3=2KΩ，则Vo=-2*Vo’,所以最终运算结果为：Vo=-(Vi1+vi2),即为反相加法电路。2） 减法运算电路原理图如图4所示：图4 减法器2 工作原理：该电路采用差动输入方法，通过控制各电阻阻值的大小而组成二输入减法器电路；如图4中，俩电压输入方法和前面电路一致。根据运算放大器差动输入方式所得计算结果，即 Vo=-Vi1*R1/R2+(1+R1/R2)*(R4/(R3+R4))*Vi2,由于R1=R2=R3=R4=1KΩ，可计算得 Vo=Vi2-Vi1,即为减法运算电路。方案比较方案一反相加法器电路和减法器电路原理相似，即减法器电路是在反相加法器前加一个反相器所得，因此两种电路在一起进行实验时互相之间具有很好的参照性、可移植性，可以通过比较两电路的工作结果，更易深入的理解其工作原理，在调试时，由于他们原理相似，如果有一点路工作异常，通过对比另一正常电路，可以更容易地分析工作失常的原因。而方案二两电路的工作原理完全不相同，其中反相加法器是先运用电压比较器组合而成的电路进行信号相加缩小运算，然后再经过反相器进行相加缩小信号放大运算，使之形成反向加法运算，从电路图可以看出，该电路较复杂，可操作性较弱，另外图4中减法器虽然原理图较简单，但原理和反相加法器完全相左，毫无互相参照移植可言。所以用方案一实现所要求电路较为理想。数字电路方案方案一1）单元电路设计该方案自动循环调光灯电路由NE555定时器构成的多谐振荡器、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、较亮及最亮四种状态中不断的循环工作。A)由NE555构成的多谐振荡电路NE555构成本功能电路的多谐振荡器，其作用是为CD4017构成的四进制计数分配器提供脉冲信号，使计数器循环工作，提供电路控制信号，其电路原理图如图5所示。图5 NE555构成的多谐振荡器工作原理：当加上+Vcc电源后，由于电容C1上的电压不能突变，故NE555处于置位状态，输出端Q（3脚）呈高电平“1”，而内部放电管截止，C1通过R1、R2及变阻器对其充电，低电平触发端（2脚）电位随C1右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阀值电平（6脚）时，比较器A1翻转，使RS触发器置位，经缓冲级倒相，输出端Q呈低电平“0”。此时放电管饱和导通，C1上电荷经R2及变阻器放电。当C1放电使其电压降至1/3Vdd阀值电平时，比较器A2翻转，RS触发复位，经倒相后，使输出端Q再呈高电平“1”。如此重复，形成无稳态多谐振荡器[2]。 B) CD4017组成的四进制计数/分配器原理图如图6所示：图6 CD4017构成的四进制计数/分配器工作原理说明：CD4017集成电路是一种十进制计数/时序译码器，它由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。其基本功能是对CLk端输入的脉冲个数进行十进制计数，并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在Q