数模混合课程设计实验报告(完成) -
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数
模
混
合
课
程
设
计
(电压比较声光报警系统)
指导教师:XXX
学生姓名:XXX
专业:XXXXXX
学号:XXXXXXXXXX 日期
一、课程名称:《电压比较声光报警系统》
二、实验摘要:
本次设计是由以下几个功能模块组成:电源电路——线性整流稳压电路;模拟电路——电压比较器;数字电路——声音报警和光电报警。实现了当电压超过基准电压时的声光报警。
三、基本要求:
1、根据设定的基准报警电压(要求可调)。当输入电压超出报警值时发出声和光报警信号。
2、当输入电压信号减小恢复到报警值以下时,要求有一定的回程余量才能撤销报警信号。也就是要实现电压信号的迟滞比较功能。(电压迟滞带宽度要求可调)
3、LED灯闪烁报警,要求可以调节闪烁频率
四、设计内容及要求:
【1】、设计内容:设计一个利用线性整流稳压电路输出数字电压和模拟电压供电、模拟部分产生电压比较、数字部分实现声光报警等。
比较器基准源
输入电压
在此可设定
报警电压值光电耦合
声音报警
光电报警
线性整流稳压电路
交流输入
模拟电源
数字电源
图一、设计总框架
【2】、各部分设计要求:
1、线性整流稳压电路
(1)要求提供输出数子电压+9.0V同时输出模拟电压+9.0V的电源。(2)电路中有一个只是信号灯,当电路正常工作时,此灯点亮。(3)该稳压电源可供各部分电路正常工作
2、数字电路部分设计要求
(1)设计一个有报警闪光灯和报警声响的电路,当输入电压超过基准电压能够实现报警LED灯闪烁和蜂鸣器鸣响。
(2)报警LED灯的闪烁频率由555定时器产生,555定时器由线性稳压电源数字+9.0V供电,输出一个额定频率。
3、模拟电路部分设计要求
(1)设计一个基准电压源,能够可调成所需基准值,为电压比较作基准。
(2)设计一个电压比较电路,输入电压值能够与基准电压进行比较,当输入电压从低电压升高到高于基准电压立即报警,而当输入电压从高电压降低到基准电压不立即报警,而是低至基准电压一下莫个特定值,即实现电压信号的迟滞比较功能。
【3】数字电路与模拟电路的结合电路:
为了防止数字电路信号干扰模拟电路信号,因此模拟电路转入数字电路时需要一个中介,实现模拟电路免受数字电路的干扰。
五、各部分电路设计原理与电路原理图
【1】电源电路——线性稳压电源电路
外部电源由J1进入,外部输入一个+12V电压,输入电压经过LM7809后输出稳定的+9.0V数字电压,再经电感L1,转换成模拟电
压+9.0V。当电路能够正常工作时,LED指示灯D3点亮。
【2】模拟电路部分
首先,此电路由TL431A三端可编程并联稳压二极管输出一个基准电压,经电压比较器LM311对输入电压与基准电压进行比较;比较后再由LM311输出端反馈到输入端,以此形成一个滞后区间电压;即,当输入电压比基准电压低时,进行比较,输入电压高于基准值时,输出变化,反馈回输入端,此时,基准电压比之前降低,以此形成滞后区间。电路中,R8、R12、TL431A对输入模拟电压进行分压,形
成基准电压,输入至LM311的2端;然后可变电阻R15对输入比较电压进行调节,调节后输入至LM311的3端,经比较后向后传送。
TL431的一脚的电压为:U=Vref(R9+R13)+Iref*R9=2.5V; LM311的2脚的输入电压为2.5*4/5=2V;即lm311的参考输入电压。
【3】数字电路部分
首先,模拟部分与数字部分之间用一个光耦合器pc817进行连接。在电路之间的信号传输,pc817使之前端与后端完全隔离,以增加电路的安全性,较少电路干扰,在这里避免模拟部分对数字部分的干扰。当pc817的输出端两端导通时,数字部分电路开始工作。蜂鸣器开始响,LED 开始闪烁。LED 的闪烁频率由555定时器控制。 555定时器工作原理:
通电后:cc V 通过1R ,2R 对电容C 进行充电,充电时间为
C R R C R R t e )(7.02ln )(21211+=+≈。 当电解电容电压cc c V U 3
1<:11=o U ;此时11==-o D U R ,复位无效,电容工作; 当电解电容电压
cc C cc V U V 3231<<时:n o n o U U 111=+,即输出保持原状态不变, 当电解电容电压cc c
V U 3
2>时:01=o U ,则电容1C 经过2R 放点,放电时间
C R C R t w 2227.02ln =≈。
此时2C 复位端01==-o D
U R ,复位有效,则电容输出为低电平,
蜂鸣器不工作。 由此得出555定时器的周期T=0.7(R1+2R2)C;
频率:
f=1/T=1/[0.7(R1+2R2)C]=1/[(2*24000+24000)*0.000001]=13.8Hz 。
六、总体电路原理图:
器件清单
七、PCB制作:
首先对原理图进行电气ERC检测再生成网络表,然后加载网络表,并对PCB进行手动布局与布线;按照PCB绘制要求进行设计规则的设置,对线宽设置不得小于40mil,地线与电源线比信号线要稍宽,在进行安全间距的设置。设置完成后进行手动布局,尽量按照原理图布局进行布局,形成模块化;布局完成后在进行手动布线,按照规则进行布线,在布线过程不能布通的情况下放置跳线。
PCB布线与布局
八、调试:
调试的方法: