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1、课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸淮海工学院课程设计报告书 课程名称： 电子技术课程设计（一） 题 目： 高低电平报警器 系 （院）： 电子工程系 学 期： 06-07-2 专业班级： 通信052班 姓 名： 学 号： 评语：成绩：签名：日期：引言电子技术是二十世纪发展最为迅速的领域之一，这主要得益于集成电路和计算机的发明。这两项技术既是电子技术发展的产物，又是电子技术持续发展的推动力。可以预见在二十一世纪，电子技术还将以更快的速度向前发展。因此，掌握电子技术是对电类专业学生的基本要求。在我们的日常生活中，经常会用到一些仪器设备只能在一定的输入电压范围内工作，超出此范围，电路工作就不正常。
2、由于这个原因，就需要对输入电压进行监控。1 设计目的、要求巩固加深对电子技术基础知识的理解,培养学生独立分析问题,解决问题,提高综合运用所学知识的能力。通过查找资料，选方案，设计电路，安装调试，写报告等环节的训练，熟悉设计的过程，步骤，为以后从事电子电路设计、研制电子参品打下基础。了解电子线路设计的过程、工艺、技术规范，学会书写设计说明书。培养学生严肃、认真的科学态度和工作作风。2 设计指标当输入电压VI2/3Vcc或VI1/3Vcc时电路报警。1）UI为015V步进电源，步进为1V。2）VCC=18V.3 总体框图设计根据技术要求，此报警器可由以下几部分组成，首先要产生输入电压VI：05V的
3、步进电第二部分是比较器，将VI与报警门限电平相比较，由于该报警器要求有两个门限电平，即或电路报警，而电路不报警，所以这里选用窗口比较器；第三部分则为报警电路。总体框图见图1018V步进电源 窗口比较器 报警电路 图1 总体框图4 功能模块设计4.1 直流步进电源的原理框图 直流步进稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图2。直流输出稳压变压器整流电路滤波电路稳压电路交流输入 220V,50HZ 图2 直流步进电源的原理框图4.2 015V步进电源的设计由于要求输出015V步进电源，在此选用三端可调输出集成稳压器CW317。CW317输出电压范围1.2V37V，为了能
4、满足技术要求输出015V，可再选用一片CW337（输出-1.2-37V），使之输出-1.2V，与CW317的+1.2V相加，从而使输出电压达到0V。参考电路如图3所示。 图3 015V步进电源电路图可取IR1=36mA，R1=VREF/IR1=100200，取R1=100。输出电压的表达式为：调节R2，可改变输出电压的大小即改变即可改变，根据上式可以很容易的推导出四个开关不同的闭合方式下Uo1的值，四个开关有16种组合方式所以Uo1有16个值，CW337的输出UO2始终为-1.2V。选定R2的值为340，318，296，274，252，230，208，186，164，142，120，98，76
5、，54，32，。则通过公式计算输出电压，取几个电阻为例来验证：A1组成同相比例加法器，将Uo1与Uo2相加，即Uo=4（Uo1+Uo2）。当R2为340，318，296，274时，、Uo=4（Uo1+Uo2），则可以算出分别为Uo=15V, Uo=14V, Uo=13V，Uo=12。则UO输出电压为015V，其步进为1V，符合系统设定。4.3 电源变压器的设计变压器是输送交流电时所使用的一种变压器和变电流的设备。它通过磁路的耦合作用把交流电从原边输送到副边，利用绕制在同一铁心上的原绕组和副绕组匝数的不同，把原绕组的电压和电流从某种数量等级改变为副绕组的另外一种等级。本系选用额定电压为220V，
6、频率为50HZ的电源变压器SL-100/220V，其作用是把输入为220V的电压转变为本设计系统所需要的50V电压。 4.4 单相桥式整流电路 整流电路有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，单相全波整流电路等。本系统选用单相桥式整流电路。工作原理单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图4所示。 图4 单相桥式整流电路 在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图4的电路图可知： 当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得
7、到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图5。 图5 单相桥式整流电路波形图 4.5 电容滤波电路 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。本系统设计在单相桥式整流电路直接接并联电容构成电容滤波电路，经过此电容滤波电路滤去整流输出电压的纹波。电容滤波电路如图6所示 图6 电容滤波
8、电路滤波原理：若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。所以，在t1到t2时刻，二极管导电，充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。 电容滤波过程如图7。 图7 电容滤波过程 当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移， t2点要左移，二极管关断时加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当L很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图8滤波曲线中的2。反之，当L很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波
9、的效果也很好，见滤波曲线中的3。1 2 图8 滤波曲线4.6 稳压电路的设计稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。由本系统设计要求可知电源输出为018V步进电源，在此选用三端正输出可调输出集成稳压器CW317，CW317输出电压范围为1.2V37V，输出电流可调范围为0.11.5A。它同样有三个端子，即输入端、输出端和调整端，在输出与调整端之间为VREF=2V的基准电压，从调整端流出的电流。为了能满足技术要求输出018V，可再选用一片三端负输出可调输出集成稳压器CW337（输出-1.2-37V），使之输出-1.2V，与CW317的+1.2V相加，从而使输出电压达到0V。基
10、本电路如图9所示。 图9 稳压电路电路图，4.7 比较器窗口电压比较器的作用是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高、低电平的电压，以满足后面连续的数字电路对1和0两个逻辑电平的要求。窗口比较器的作用是把步进电源输出的电压值与设定的高低电压值进行比较，然后得出窗口比较器的输出电压的高低电平以为后面的报警电路的输入作准备。窗口比较器的电路如图10（a）所示，传输特性如图10(b)所示。 (a)电路图 (b)传输特性图10 窗口比较器本系统设计窗口比较器是用来检测给定电压的电路并输出电压的高、低电平，如图10（a)是相应的电路图，图10（b）是其传输特性。根据技术要求，UL应为1/3Vcc=
11、6V，UH应为2/3Vcc=12V取R1=R2=R3=15K可满足技术要求，工作过程如下：当UIUH时即UI12V，D1导通，Uo为低电平 当UIUL时即UI6V，D2导通，Uo为低电平； 当ULUIUH时6VUI12V，D1、D2都不导通，Uo为高电平。4.8 报警电路的设计报警电路的设计方法较多，本课程设计采用简单的发光二极管和蜂鸣器报警。Vi2/3Vc时，发光二极管闪烁，同时蜂鸣器发出嘟、嘟的声音。本系统设计的报警电路的电路图如图11所示： 图11 报警电路电路图图中ui为窗口比较器的输出，A1组成矩形波发生器，A2为单门限比较器。A2的同相输入端是一连续变化的以零电位为对称的三角波，其
12、幅度为：周期为：窗口比较器的输出电压与三角波相比，当1/3VcVi2/3Vc时，ui为高电平，在设计中使uiu+ ，此时uo为低电平，发光二极管和蜂鸣器均不工作；当Vi2/3Vc或Vi1/3Vc时， ui为低电平，经过单门限比较器，Uo为正负相间的矩形波，当正电平到来时，发光二极管发光，蜂鸣器发出嘟声，当负电平到来时，发光二极管熄灭，蜂鸣器停叫。这样只要矩形波发生器频率适当，就可看到发光二极管连续闪烁，蜂鸣器发出嘟嘟的声音。5 总电路图设计：6 元器件清单元件名称型号（参数）个数三端稳压器CW3171CW337 1 15K 1二极管IN40011运算放大器A7413发光二极管1蜂鸣器1变压器S
13、L-100/220V1 电容470mF2100 mF30.1mF20.01mF1电阻若干7 总结 通过这次课程设计，感觉自己的收获不少。做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题能力。通过这次对高低电平报警器的设计，让我了解了设计电路的程序，也让我了解有关高低电平报警器的原理与设计理念。在做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。在实验过程中我们曾经遇到过问题，设计
14、电路过程中总是遇到这样那样的问题。在实验的过程中我和我们组的成员互相讨论互相合作，使得我们的课程设计得以顺利完成，体会到了合作的力量，感受到了1+12，所有的这些心得会对我以后的学习和工作有帮助作用。8 参考文献1 梁宗善 电子技术基础课程设计 武汉：华中理工大学出版社， 19952 高吉祥主编电子技术基础实验与课程设计第二版 北京：国防科技大学3 何杜成，苏勇编报警 指示提醒 告知应用电路第一版 济南：山东科学技术出版社 20074 周渊深 电力电子技术.第1版.北京：电子工业出版社 2004.5 谢嘉奎 电子线路（线性部分）.第4版.北京：高等教育出版社 1996.6 周渊深 电力电子技术.第1版.北京：电子工业出版社 2004.7 曾兴文 高频电子线路.西安：西安电子科技大学出版社 1995.8 梁恩主、梁恩维 Protel 99 SE 电路设计与仿真应用.北京：清华大学出版社 2002.9 卢结成 电子电路实验及应用课题设计.合肥：中国科学技术大学出版社 2002.第 12 页 共 12 页