【正文】 或 DC6V，輸出電流要根據(jù) LED的光源的功率來選擇，一般要給予 30%的余量，如：以 3 1W的白光 LED光源為例， 1W的白光 LED的標(biāo)準(zhǔn)工作電流應(yīng)為350mA，因而 3個(gè) LED光源串聯(lián)其電路需要的電流也是 350mA，考慮到延長 LED壽命和降低光衰，可以設(shè)計(jì)為 300mA～ 330mA，不會(huì)明顯的影響 LED發(fā)光的亮度，所以適配器的輸出電流應(yīng)選 750mA～ 1A的。 如圖 1，通過三種工作方式控制 LED 臺(tái)燈，選擇開關(guān)有三種：自動(dòng)、定時(shí)和應(yīng)急等，三個(gè)模式獨(dú)立工作互不影響。 2. 光敏啟動(dòng)電路：該電路是在天色進(jìn)入旁晚時(shí)，即自動(dòng)開啟燈（ 最小燈光 ），在白天自動(dòng)鎖定關(guān)閉，在需要時(shí)通過手動(dòng)開啟、關(guān)閉 燈光。 非接觸式紅外感應(yīng)：感應(yīng)距離小于 ；或者：生物感應(yīng)與聲控結(jié)合，生物感應(yīng)距離小于 1m； 定時(shí)功能： 0999min 內(nèi)設(shè)定燈的開啟和熄滅，時(shí)間到后需手動(dòng)開啟，方可繼續(xù)使用。最后 ,VT1 輸出信號(hào)為高電平 ,即為感應(yīng)到有人的信號(hào)。 輸出延遲時(shí)間 Tx由外部的 R9 和 C7的大小調(diào)整，其值為： 7924576 CRTx ? 觸發(fā)封鎖時(shí)間 Ti 由外部的 R10 和 C6 的大小調(diào)整，值為。定時(shí)電路的時(shí)序波形如圖 7。PT4115的開關(guān)頻率采用抖頻技術(shù)有效降低 EMI,省略了抗 EMI電路。 六、可選元器件 定時(shí)電路： NE555， 74LS32， 74LS160， 74LS00， IN4148，點(diǎn)動(dòng)復(fù)位開關(guān)，按鈕開關(guān)等。當(dāng) A 為 “1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā) 2 VO O 控制信號(hào)輸出端。 38 圖 1 不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形 以 上 圖所示的不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程 ： 首先，根據(jù)實(shí)際需要，利用運(yùn)算放大器 OP1組成傳感信號(hào)預(yù)處理電路，將信號(hào)放大。 2. 紅外熱釋電處理芯片 BISS0001 是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件，構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。 五、 參考文獻(xiàn) 1) 王喜斌，王鳳宇，電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)創(chuàng)新與競賽，黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2020 年 ； 2) 陳永真，韓梅等，全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽硬件電路設(shè)計(jì)精解，北京：電子工業(yè)出版社， 2020年；。因適配器已提供 12V的直流電壓，原圖為交流電壓輸入整流用的橋式整流器 D1~D4可省略。直到 t3時(shí)刻，三片計(jì)數(shù)器的輸出等于控制關(guān)燈撥碼盤預(yù)置的數(shù)字，觸發(fā) LED 的驅(qū)動(dòng)電路，使 LED 燈滅，完成定時(shí)滅燈的功能。若環(huán)境較明亮， R3的電阻值會(huì)降低，使 9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào) Vs。反之，若當(dāng)前環(huán)境光強(qiáng)度被判為高，則 Q3 輸出為低電平，不會(huì)為后續(xù)的熱釋電感應(yīng)電路供電，燈不會(huì)亮。為各功能電路供電，與為照明 LED供電。僅當(dāng)夜晚或者自然光足夠黑暗的狀態(tài)下，光敏電阻測(cè)光判斷為暗，紅外熱釋電感應(yīng)電路被供電工作，在有人接近或者離開時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的漸亮漸暗調(diào)節(jié)。 。 二、 LED 臺(tái)燈工作原理 遵循安全第一的民用電器的設(shè)計(jì)理念， LED 光源是一種低電壓直流恒流源的發(fā)光器件，不能用 100～ 220V 的交流高壓電直接點(diǎn)亮，因此， LED 臺(tái)燈方案的設(shè)計(jì)思路是，首先要將高壓的 220V交流電變換成低電壓的直流恒流源，才能點(diǎn)亮 LED光源。其電路圖如下 9 所示： R850KR940KR730KR620KT39018R 10T49014123I C 1 4741繼電器蓄電池供電5V 直 流電源 A1蓄電池 A 25V 直流電源 A1蓄電池 A2VCC常閉常開 圖 9 停電檢測(cè)及電子開關(guān)切換電路 28 T1， T2構(gòu)成的蓄電池自動(dòng)充電電路，它在電池充滿后自動(dòng)停止充電，其中 D1亮為正在充電， D2 為工作指示。 有人走近門時(shí)，觸摸了 TP端 (TP端固定在鍵盤上，其靈敏度非常高，保證電路可靠的觸發(fā) )，由于人體自身帶的電，使 IC10的 2腳出現(xiàn)低電平，使 IC10的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其 3腳輸出高電平， T5導(dǎo)通 (可以通過 R12控制 T1的基極電流 )，其集電極接的黃色發(fā)光二極管 D3發(fā)光，表示現(xiàn)在電子鎖處于待命狀態(tài) ,T6截止， C4開始通過 R14充電 (充電時(shí)間是 40秒 ,此時(shí)為用戶輸入密碼的時(shí)間，即用戶輸入密碼的時(shí)間不能超過 40秒，否則電路就開始報(bào) 警 , 由于用戶經(jīng)常輸入密碼，而且知道密碼，一般輸入密碼的時(shí)間不會(huì)超過 40 秒 )， IC2 開始進(jìn)入延時(shí) 40秒的狀態(tài)。由于 IC1處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)用戶按下第一個(gè)正確的密碼后， CLK 端出現(xiàn)了一個(gè)負(fù)的下降沿， IC1 計(jì)數(shù)， Q端輸出為高電平，用戶依次按下有效的密碼， IC2~IC3也依 次輸出高電平，送入與門 IC5，使其輸出開鎖的高電平信號(hào)送往 IC13 的 2 腳，執(zhí)行電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)開鎖。 開鎖控制電路 89S51 單片機(jī) AT24C02 掉電存儲(chǔ) 串口顯示電路 矩陣 鍵盤 控制 指示電路 輸入錯(cuò)誤鎖定鍵盤 延時(shí)報(bào)警控制電路 24 圖 2 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子密碼鎖硬件電路圖 方案二：以 74LS112 雙 JK 觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案。修改密碼實(shí)質(zhì)就是輸入的新密碼去取代原來的舊密碼。 （ 2）在產(chǎn)生開鎖信號(hào)后，要求輸出聲、光信號(hào)，其中聲音的產(chǎn)生可以由開鎖信號(hào)去觸發(fā)一個(gè)音響電路，從而使揚(yáng)聲器工作。熟悉常用數(shù)字邏輯電路的工作原理及使用方法。 三極管 3DG12— 1只。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)， 1Q＝ 1，經(jīng) G3反相， A＝ 0，封鎖 CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門 G2 的輸出 ST =1， 74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求。其中 555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo＝ 1． 43／［（ RI＋ 2R2） C］，其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。 系統(tǒng)具有第一搶答信號(hào)鑒別和鎖存功能。 利用 74LS373設(shè)計(jì)的搶答器電路它由一片 8D鎖存器 74LS373。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)， 74LS148 的,1?EXY 此時(shí)由于仍為１Ｑ＝１，使 ST ＝１，所以 74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。搶答定時(shí)器 30秒倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。 三、設(shè)計(jì)思路 （ 1）本題的根本任務(wù)時(shí)準(zhǔn)確的判斷出第一搶答者的信號(hào)并將其鎖存。 4．設(shè)置 30秒的搶答定時(shí)電路。 本題要求是： 1．設(shè)計(jì)制作一個(gè)可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)計(jì)一個(gè)搶答按鈕供搶答者使用。 2) 楊兆選 ， 丁潤濤 編， 555 定時(shí)器原理及實(shí)用電路集錦 ，天津： 天津大學(xué)出版社 ，1990。 （ 2） 分頻器 一個(gè) 14 位 2 進(jìn)制計(jì)數(shù)器和 1 個(gè) 1 位 2 進(jìn)制計(jì)數(shù)器； （ 3） 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器和 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 用 2 個(gè) 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器形成 100 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再做適當(dāng)?shù)姆答伩蓸?gòu)成 60進(jìn)制或 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 二、數(shù)字鐘的功能及要求 （ 1）功能 設(shè)計(jì)一個(gè)具有計(jì)時(shí)、顯示“時(shí)、分、秒”和校時(shí)功能的數(shù)字電子鐘。其余器件請(qǐng)查集成電路手冊(cè)。實(shí)際上 CP脈沖可能與比較器的邊沿不同步，導(dǎo)致計(jì)數(shù)器可能漏計(jì)或多計(jì)一個(gè)脈沖。由于比較器輸圖 2 雙積分 ADC 電路原理圖 J Q C1 K R Q0 Q1 ? Qn1 C CP n 位二進(jìn)制 R 計(jì)數(shù)器 + + A C amp。當(dāng)進(jìn)位 C=1 時(shí)，下一個(gè) CP 脈沖使計(jì)數(shù)器復(fù)零、 JK 觸發(fā)器 QS=1，定時(shí)積分結(jié)束，定壓積分開始。由 JK 觸發(fā)器的輸出 QS控制單刀雙置開關(guān)選擇積分器的輸入電壓。 5) 選做內(nèi)容：自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換。 （ 8） 總結(jié)設(shè)計(jì)電路的優(yōu) 缺點(diǎn)，指出課題的核心及價(jià)值，提出改進(jìn)意見和展望。 （ 4） 比較和選定設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案，畫出系統(tǒng)框圖。安裝電路要注意布局合理。有時(shí)元器件的故障不很明顯，如電容漏電、電阻變質(zhì)、晶體管和集成電路性能下降等，這時(shí)用相同規(guī)格的優(yōu)質(zhì)元器件逐一替代實(shí)驗(yàn)，就可以具體地判斷故障點(diǎn)，加快查找故障點(diǎn)的速度，提高調(diào)試效率。 電容器旁路法 如遇電路發(fā)生自激振蕩或寄生調(diào)幅等故障，檢測(cè)時(shí)可用一只容量較大的電容器并聯(lián)到故障電路的輸入或輸出端，觀察對(duì)故障現(xiàn)象的影響，據(jù)此分析故障的部位。 電路故障的排隊(duì)可以按下述 8 種方法進(jìn)行： 信號(hào)尋跡法 尋找電路故障時(shí)，一般可以按信號(hào)的流程逐級(jí)進(jìn)行。 一般調(diào)試步驟如下： 1． 通電 檢查 電路安裝完畢，首先直觀檢查電路各部分接線是否正確，檢查電源、地線、信號(hào)線、元器件引腳之間有無短路，器件有無接錯(cuò)。正確的組裝方法和合理的布局，不僅使電路整齊美觀，而且能提高電路工作的可靠性 ，便于檢查和排除故障。 1． 集成電路的裝插 插接集成電路時(shí)首先應(yīng)認(rèn)清方向，不要倒插，所有集成電路的插入方向要保持一致，注意管腳不能彎曲。一般從輸入端或信號(hào)源開始，由左至右或上至下按信號(hào)的流向依次畫出各單元電路，而反饋通路的信號(hào)流向則與此相反。 （ 2） 分立元件的選擇 包括二極管、雙極型三極管、場效應(yīng)管、光電二（三）極管等。而且，不僅單元電路本身要求設(shè)計(jì)合理，各單元電路間也要互相配合，注意各部分的輸入、輸出信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系。 二、 方案選擇 把系統(tǒng)要完成的任務(wù)分解為若干個(gè)單元電路，并畫出一個(gè)能表示各單元功能的整機(jī)原理框圖。 一、 明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求 對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)、內(nèi)容及要求，以便明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以模仿成熟的先進(jìn)的電路，也可以創(chuàng)新或改進(jìn)，但都必須保證性能要求。 4 ３． 器件選擇 （ 1） 阻容元件的選擇 注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。 （ 2） 注意信號(hào)流向。下面介紹在面包板上用插接方式組裝電路的方法。 組裝電路時(shí)注意，電路之間要共地。 調(diào)試時(shí)應(yīng)注意做好調(diào)試記錄，準(zhǔn)確記錄電路各部分的測(cè)試數(shù)據(jù)和波形，以便于分析和運(yùn)行時(shí)參考。整機(jī)聯(lián)調(diào)時(shí)應(yīng)觀察各單元電路連接后各級(jí)之間的信號(hào)關(guān)系，主要觀察動(dòng)態(tài)結(jié)果，檢查電路的性能和參數(shù)，分析測(cè)量的數(shù)據(jù)和波形是否符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障和問題及時(shí)采取處理措施。 對(duì)自激振蕩現(xiàn)象也可以用此法檢查。 替代法 把已調(diào)試好的單元電路代替有故障或有疑問的相同的單元電路（注意共地），這樣可以很快判斷故障部位。 組裝電路要認(rèn)真細(xì)心，要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。 （ 3） 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求。 ④ 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。 4) 畫出完整的設(shè)計(jì)電路圖 ,寫出總結(jié)報(bào)告 。電路主要由積 分器、比較器、計(jì)數(shù)器、 JK觸發(fā)器和控制開關(guān)組成。允許 n 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)周期脈沖 CP 計(jì)數(shù)。 2．定壓積分 在定時(shí)積分期間， 當(dāng)計(jì)數(shù)器的進(jìn)位 C=1時(shí)，下一個(gè) CP脈沖使計(jì)數(shù)器復(fù)零和 JK觸發(fā)器QS=1， 開關(guān) S1 選擇 基準(zhǔn)電壓 VREF，積分器開始對(duì)基準(zhǔn)電壓 VREF 做定壓積分。所以 )(22 SIR E FnCPZ nTvVTTB ?? 計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)與取樣電壓成正比，是取樣電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。 MC14543 是顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路。 12 數(shù)字電子鐘 一 、目的 （ 1） 掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方法； （ 2） 掌握常用數(shù)字集成電路的功能和使用。 四、典型的單元電路 （ 1） 石英晶體振蕩器 用 CMOS 反相器和石英晶體振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的 32768Ｈ z 的方波信號(hào)，保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。北京：國防工業(yè)出版社， 1985。該設(shè)計(jì)就是針對(duì)上述各種要求設(shè)計(jì)出的供 6名選手參賽使用的數(shù)字式競賽搶答器。每組在開始時(shí)預(yù)置成 100 分，搶答后由主持人記分，答對(duì)一次加10分，否則減 10分。 6. 用石英晶體振蕩器或 555集成定時(shí)器產(chǎn)生頻率為 1Hz 的脈沖信號(hào)，作為定時(shí)計(jì)數(shù)器的 CP 信號(hào)。 16 四 、參考方案 1．總體方案原理框圖： 其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到 清零 狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置撥至開始 狀態(tài)，宣布 開始 ，搶答器工作。此外， 1Ｑ＝１，使 74LS148的 ST ＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。 18 思考： 圖 2所示的搶答開關(guān)電路能否改進(jìn)？怎樣改進(jìn)？ (2)搶答開關(guān)電路參考