【正文】 .............................................................. 19 武漢理工大學(xué)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)（一）》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 自動(dòng)循環(huán)調(diào)光燈 和模擬運(yùn)算電路 的 設(shè)計(jì) 1 技術(shù)指標(biāo) 初始條件 直流可調(diào)穩(wěn)壓電源一臺(tái)、萬(wàn)用表一塊、面包板一塊、元器件若干、剪刀、鑷子等必備工具 技術(shù)要求 設(shè)計(jì)一種自動(dòng)循環(huán)調(diào)光燈電路，可以使燈在熄滅、微亮、較亮及最亮四種狀態(tài)中不斷地循環(huán)工作。要求燈光變化的循環(huán)速度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)一種模擬信號(hào)運(yùn)算電路，具體包括加法運(yùn)算電路和減法運(yùn)算電路，要求能夠?qū)崿F(xiàn)兩路可調(diào)模擬信號(hào)的加法運(yùn)算和減法運(yùn)算。 2 設(shè)計(jì)方案及其比較 模擬電路方案 方案一 1） 反相 加法運(yùn)算電路 [1] 原理圖如圖 1所示 （原理圖 都 由 proteus 軟件作出，導(dǎo)出圖片裁剪 所得） ： 圖 1 反相加法器 武漢理工大學(xué)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)（一）》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 工作原理：該電路圖為反向加法電路，圖中 R4 和 R2 前分別為 Vi1， Vi2 輸入端， Vi1端輸入 +5V 電壓， Vi2 通過(guò)電位器從 +5V 分壓得到電壓信號(hào)；然后 倆輸入 運(yùn)放 LF353 構(gòu)成的電路時(shí)，進(jìn)行反相加運(yùn)算，又由于 R1=R2=R3=R4=1KΩ ,即可知 R1后加法運(yùn)算輸出： Vo= （ Vi1+Vi2）。 2） 減法器運(yùn)算電路 原理圖如圖 2所示 ： 工作原理：該電路為減法運(yùn)算電路，圖中 R4和 R2 前分別為 Vi Vi2 輸入端， ViVi2 分配電壓信號(hào)原理同加法運(yùn)算電路； 倆輸入經(jīng)過(guò)兩個(gè)運(yùn)放組成的電路時(shí)，進(jìn)行加法運(yùn)算，由于 R1=R2=R3=R4=R5=R6=1KΩ，可知 R6后減法運(yùn)算輸出： Vo=Vi2Vi1。 方案二 1） 反相加法運(yùn)算電路 原理圖如圖 3所示 ： 圖 2 減法器 圖 3 反相加法器 2 武漢理工大學(xué)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)（一）》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 工作原理：信號(hào)電壓的輸入原理和方案一方案二相同。信號(hào)電壓 Vi Vi2 輸入前三個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的電壓比較器組合電路 后 所得的結(jié)果 為 Vo’=Vi1*R1/ (R1+ R2)+Vi2*R2/(R1+R2)，又由于 R1=R2=1KΩ， Vo’=(Vi1+Vi2)/2； 之后通過(guò)第四個(gè)反相比例運(yùn)算放大器運(yùn)算結(jié)果為 Vo=Vo’*R4/R3，由 R4=2*R3=2KΩ，則 Vo = 2* Vo’,所以最終運(yùn)算結(jié)果為： Vo=(Vi1+vi2),即為反相加法電路。 2） 減法運(yùn)算電路 原理圖如圖 4所示 ： 工作原理： 該電路采用差動(dòng)輸入方法，通過(guò)控制各電阻阻值的大小而組成二輸入減法器電路；如圖 4 中，倆電壓輸入方法和前面電路一致。根據(jù)運(yùn)算放大器差動(dòng)輸入方式所得計(jì)算結(jié)果，即 Vo=Vi1*R1/R2+(1+R1/R2)*(R4/(R3+R4))*Vi2,由于 R1=R2=R3=R4=1KΩ，可計(jì)算得 Vo=Vi2Vi1,即為減法運(yùn)算電路。 方案比較 方案一反相加法器電路和減法器電路原理相似， 即 減法器電路是在反相加法器前加一個(gè)反相器所得，因此兩種電路在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)互相之間具有很好的 參照性、 可移植性，可以通過(guò)比較兩電路的工作結(jié)果，更易深入的理解其工作原理，在調(diào)試時(shí)，由于他們?cè)硐嗨?，如果有一點(diǎn)路工作異常，通過(guò)對(duì)比另一正常電路，可以更容易地分析工作失常的原因。而方案二兩電路的工作原理完全不相同 ，其中反相加法器是先運(yùn)用電壓比較器組合而成的電路進(jìn)行信號(hào)相加縮小運(yùn)算，然后再經(jīng)過(guò)反相器進(jìn)行相加縮小信號(hào)放大運(yùn)算，使之形 圖 4 減法器 2 武漢理工大學(xué)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)（一）》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 成反向加法運(yùn)算，從電路圖可以看出，該電路較復(fù)雜，可操作性較弱，另外圖 4中減法器雖然原理圖較簡(jiǎn)單，但原理和 反相 加法器完全相左，毫無(wú)互相參照移植可言 。所以用方案一實(shí)現(xiàn)所要求電路較為理想。 數(shù)字 電路方案 方案一 1） 單元電路設(shè)計(jì) 該方案自動(dòng)循環(huán)調(diào)光燈電路由 NE555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器、 CD4017 組成的 四 進(jìn)制計(jì)數(shù) /分配器、三極管 9013 組成的調(diào)光燈控制信號(hào)放大電路等組成，使燈在熄滅、微亮、較亮及最亮四種狀態(tài)中不斷的循環(huán)工作。 A)由 NE555 構(gòu)成的多諧振蕩電路 NE555 構(gòu)成本功能電路的多諧振蕩器，其作用是為 CD4017 構(gòu)成的 四 進(jìn)制計(jì)數(shù)分配器提供 脈 沖信號(hào)，使計(jì)數(shù)器循環(huán)工作，提供電路控制信號(hào)，其電路原理圖如圖 5所示。 工作原理：當(dāng)加上 +Vcc 電源后，由于電容 C1上的電壓不能突變，故 NE555 處于置位圖 5 NE555 構(gòu)成的多諧振蕩器 武漢理工大學(xué)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)（一）》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 狀態(tài)，輸出端 Q（ 3 腳）呈高電平“ 1”，而內(nèi)部放電管截止， C1 通過(guò) R R2及變阻器對(duì)其充電，低電平觸發(fā)端（ 2腳）電位隨 C1 右端電壓的升高呈指數(shù)上升，當(dāng) C1 上的電壓隨時(shí)間增加，達(dá)到 2/3Vdd 閥值電平（ 6 腳）時(shí)，比較器 A1 翻轉(zhuǎn)，使 RS 觸發(fā)器置位，經(jīng)緩沖級(jí)倒相，輸出端 Q 呈低電平“ 0”。此時(shí)放電管飽和導(dǎo)通， C1 上電荷經(jīng) R2 及變阻器放電。當(dāng)C1放電使其電壓降至 1/3Vdd 閥值電平時(shí)，比較器 A2翻轉(zhuǎn)， RS 觸發(fā)復(fù)位，經(jīng)倒相后，使輸出端 Q 再 呈高電平“ 1”。如此重復(fù)，形成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 [2]。 B) CD4017 組成的四進(jìn)制計(jì)數(shù) /分配器 原理圖如圖 6所示 ： 工作原理說(shuō)明： CD4017 集成電路是一種十進(jìn)制計(jì)數(shù) /時(shí)序譯碼器，它由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路和時(shí)序譯碼電路兩部分組成。其基本功能是對(duì) CLk 端輸入的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行十進(jìn)制計(jì)數(shù)，并按照輸入脈沖的個(gè)數(shù)順序?qū)⒚}沖分配在 Q0— Q9這是個(gè)輸出端，計(jì)滿十個(gè)數(shù)后計(jì)數(shù)器復(fù)零，同時(shí)輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖。本設(shè)計(jì)中自動(dòng)循環(huán)調(diào)光燈一共有四種狀態(tài)循環(huán)變化，也就是圖 6 CD4017 構(gòu)成的四進(jìn)制計(jì)數(shù) /分配器 武漢理工大學(xué)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)（一）》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 需要四個(gè)輸出端依次控制燈的亮度，可以利用 CD4017 輸出高電平的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光燈電路。電路原理圖如圖 6 所示，當(dāng)時(shí)鐘脈沖輸入 CLK 端時(shí)，開(kāi)始計(jì)數(shù)，隨著時(shí)鐘脈沖的不斷輸入， Q0— Q3依次出現(xiàn)高電平。當(dāng) Q4 端出現(xiàn)高點(diǎn)平時(shí)，高電平輸入 MR端，將使 CD4017清零復(fù)位。這樣，隨著脈沖不斷的輸入， Q0Q1Q2Q3 的狀態(tài)變化為 0000→ 1000→ 0100→ 0010→ 0001→ 0000，循環(huán)進(jìn)行。 C）三極管 9013 組成的調(diào)光燈控制信號(hào)放大電路 原理圖如圖 7所示 ： 工作原理： Q1— Q3 依次出現(xiàn)高電平（ Q1 輸入 R4， Q2 輸入 R5， Q3 輸入 R6）， Q1Q2Q3的狀態(tài)變化為 000→ 100→ 010→ 001→ 000，如此循環(huán)進(jìn)行?？芍?dāng) Q1— Q3 依次出現(xiàn)