电子技术课程设计选题 - 图文

题目1 数控直流稳压电源设计

1、设计指标

输出直流电压调节范围5~15V，纹波小于10mV； 输出电流：500mA； 稳压系数小于0.2； 直流电源内阻小于0.5Ω；

输出直流电压能步进调节，步进值为1V； 由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进的增或减。 2、设计方案

根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分：数字控制部分、D/A变换器及可调稳压电源。数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A变换器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后，去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以1V的步进值增或减。

输出 增 减 可逆计数器转换电路稳压调节电路DA图1简易数控直流稳压电源框图

3、电路设计

⑴ 整流、滤波电路设计

首先确定整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。电路如图2所示。

3V11220 Vrms 50 Hz 0?? 2T1412D16C11mFIC=50V0U1C210mF433N252

图2 整流滤波电路

电路的输出电压UI应满足下式：U≥Uomax+（UI-UO）min+△UI

式中，Uomax为稳压电源输出最大值；（UI-UO）min为集成稳压器输入输出最小电压差；URIP为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取UO、（UI-UO）min

之和的确良10%）；△UI为电网波动引起的输入电压的变化（一般取UO、（UI-UO）min、URIP之和的10%）。

对于集成三端稳压器，当（UI-UO）min=2~10V时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值：UI≥15+3+1.8+1.98≥22(V),取UI=22V.根据UI可确定变压器次级电压U2。U2=UI/ 1.1～1.2≈(20V)

在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为：Ｉ2=(1.5～2)II≈(1.5～2)IO=1.5×0.5=0.75(A).取变压器的效率η＝0.8,则变压器的容量为

P=U2I2/η=20×0.75/0.8=18.75(W) 选择容量为20W的变压器。

因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为

ID=1∕2Imax=1/2IOmax=1/2×0.5=0.25(A) 每只整流二极管承受的最大反向电压为

URM?2Umax?2?20?(1?10%)?31(V)

选用三极管IN4001，其参数为：ID=1A，URM=100V。可见能满足要求。 一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数RLC是其充电周期的确2～5倍。对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半，即

RLC≥（2～5）T/2=2～5/2f,

由于ω＝2πf,故ωRLC≥(2～5)π,取ωRLC＝3π则 C=3π/ωRL

其中RL=UI/II，所以滤波电容容量为C＝3πII/2πfUI＝(3π×0.5)/ 2π×50×22＝0.681×103(μF)

取C=1000μF。电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。

UCmax=1.1×2U2max=1.1×2×20≈31.1(V)

综合考虑波电容可选择C=1000μF，50V的电解电容。另外为了滤除高频干扰和改善电源的动态特性，一般在滤波电容两端并联一个0.01～0.1μF的高频瓷片电容。 ⑵ 可调稳压电路设计

为了满足稳压电源最大输出电流500mA的要求，可调稳压电路选用三端集成稳压器CW7805，该稳压器的最大输出电流可达 1.5A，稳压系数、输出电阻、纹波大小等性能指标均能满足设计要求。要使稳压电源能在5～15V之间调节，可采用图3所示电路。

VEE15VVEEU1U1MC7805BTLINEVOLTAGEVREGCOMMON2U0R41k|?VDD-15VVDD7R11k|?50%Key=A11U2A213VCC15VVCC34LM324AD15UINR31k|?50%Key=AR21k|?0

图 3 可调稳压电路

设运算放大器为理想器件，所以UN≈UP。又因为

UP=（R2/R1+R2）UIN，UN=（U0-R3/R3+R4）×5

所以，输出电压满足关系式

U0=UNI·（R·/R1+R2）+（R3/R3+R4）×5 令R1=R4=0，R2=R3=1KΩ。则U0=UIN+5。

由此可见，U0与Uin之间成线性关系，当UIN变化时，输出电压也相应改变。若要求输出电压步进增或减，UIN步进增或减即可。 ⑶ D/A变换器设计

若要使UIN步进变化，则需要一数模转换器完成。电路如图4所示。

R1322.5k|?VEE23R1510k|?50%Key=E15VVEE431211R1910k|?VEE7R1710k|?LM324AD5VSS31211U7A4415VVEE8U8AUIN1VSSVSS-15VLM324ADR9R10160k|?80k|?R11R1240k|?20k|?1112J4Key = DR141k|?VEEKey = C15V0VEER181M|?6VSS-15VVSS-15VVSS9J1VCC5VKey = AJ210Key = BJ3VCCR1100k|?50%Key=F

图4 D/A 转换器电路

该电路的输入信号接四位二进制计数器的输出 端，设计数器输出高电

平为UH≈+5V，输出 低电平UL≈0V。则输出 电压表达式为 Uo1=-Rf〔UH/8R·D0+UH/4R·D1+UH/2R·D2+UH/R·D3〕 =-RfUH/23R〔23D3+22D2+21D1+20D0〕

设Uo2=-Uo1(UIN).当D3D2D1D0(Q3Q2Q1Q0)=1111时,要求UIN=10V，即：

10=RfUH/23R×15

当UH=5V时，Rf=1.067R.取R=20KΩ,Rf由 20KΩ电阻和电阻10KΩ电位器串联组成。

⑷ 数字控制电路设计

数字控制电路的核心是可逆二进制计数器。74LS193就是双时钟4位二进制同步可逆计数器。计数器数字输出的加/减控制是由“+”、“-”两面三刀按键组成，按下“+”或“-”键，产生的输入脉冲输入到处74LS193的CP+或CP-端，以便控制74LS193的输出是作加计数还是作减计数。电路如图5所示。

VCC5VVCCR310k|?1J1Key = A21511091114ABCD~LOADCLRUPDOWNR410k|?U3QAQBQCQD~BO~CO32671312J2Key = B05474LS193D 图5 可逆二进制计数器

⑸ 辅助电源设计

要完成D/A转换及可调稳压器的正常工作，运算放大器LM324必须要求正、负双电源供电。现选择±15V供电电源。数字控制电路要求5V电源，可选择集成三端稳压器实现。辅助电源原理图如图6所示。

U1MC7815BTLINEVREGVOLTAGECOMMON+15VU2MC7805BTLINEVREGVOLTAGECOMMON+5VC9100uFD131V1T1220 Vrms 50 Hz 0° TS_POWER_VIRTUAL3N252C2470uFC433nFCOMMONVREGVOLTAGELINE42C1470uFC333nFC7220uFC533nFC8220uFC633nF-15VU3UPC7915

图6 辅助电源电路图

总体电路如图7所示。

U1C210mFXMM1V1220 Vrms 50 Hz 0?? T142D11C11mFIC=50V33N252U4U1DCD_HEXU1MC7805BTLINEVOLTAGEVREGCOMMONVCC5VU0R510k|?R610k|?VSS-15VU31511091114ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO32671312IO1IO2IO2IO3IO3IO4IO41k|?Key=DR150IO4R41k|?J1Key = AX1UINVEEIO5VSSIO5U2A2VEE15V134LM324ADJ2Key = B54DAXMM2UINR31k|?50%Key=CR21k|?74LS193D 图7 总体电路

题目2 函数信号发生器设计

1、目的

1. 设计、调试函数信号发生器

2. 输出波形：输出为方波、三角波、正弦波三种波形，用开关切换输出。

3. 输出为方波时，输出电压峰值为0～1V可调，输出信号频率为l00Hz～lkHz 可调； 4. 输出为锯齿波时，输出电压峰值为0～1V可调，输出信号频率为100Hz～lkHz 可调。 5. 正弦波VPP>1V

2、原理

正弦波的产生可以用RC桥式振荡电路来产生；用过零比较器来实现对正弦波变成方波的转换；再用对方波的积分运算电路来实现对方波变成三角波的转

换，同时，用对方波的微分运算电路来实现方波变成尖顶波的转换。

⑴ 正弦波发生电路的工作原理

正弦波发生电路的电路图，如图所示

原理：上图是一个RC串并联的桥式振荡电路。正弦波振荡的平衡条件为AF=1，因为当f=f0时，F=1/3,所以，A=3,因此只要为RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3的放大电路就可以构成正弦波振荡电路。同时，考虑到起振条件，所以放大电路的电压放大倍数应略大于3。在上面的电路图中，通过调节滑动变阻器R21，R22的阻值，就可以改变输出波形的频率，从而达到了频率可调的作用。

⑵ 正弦波——方波转换电路的工作原理

正弦波——方波转换电路的电路图，如图所示

原理：上图是一个过零比较器，则阈值电压UT=0V，集成运放工作在开环状态，当输入电压UI<0V时，Uo=+UOM;当输入电压UI>0V时，Uo=-UOM。用稳压管接到反馈电路中的作用是限制输出同时让电路能够正常工作。因此，当输入为方波时，输出电压波形就是三角波。

⑶ 方波——三角波转换电路的工作原理

方波——三角波转换电路的电路图，如图（4）所示

原理：由积分运算电路的积分公式uo=-1/RC∫t1t2uIdt+uo(t1)，uI为常量时，可以看出,当输入为方波时，输出电压波形就是三角波。 ⑷ 方波——尖顶波转换电路的工作原理

方波——尖顶波转换电路的电路图，如图所示

原理：由微分电路的微分公式uo=-RCduI/dt得，若输入电压为方波，且R11C6<

⑸三角波——正弦波转换电路的工作原理

三角波——正弦波转换电路的电路图，如图所示

原理：图示是一个一阶低通滤波器，它具有滤波的作用。由公式Au=（1+R2/R1）(1/1+jf/fo)得，只有低频的波能够通过，而高频的波不能通过，达到了滤波的作用，输出正弦波。

⑷ 总电路图

题目3 便携式语音放大电路设计

1、设计要求

⑴ 利用分立元件或集成电路制作一个语音放大电路； ⑵ 额定输出功率Po≥5W； ⑶ 负载阻抗RL=8Ω；

⑷频率响应：fL~fH=50Hz~20KHz； ⑸ 输入阻抗：>20K欧姆；

⑹ 电路要求有独立的前置放大级（放大话筒信号）; ⑺ 电路要求有独立的功率放大级。

⑻ 在话筒放大级和功放级之间利用模拟延时器件实现电子混响（选做）

2、电路方案

为简化电路设计，音频前置放大器采用LM324通用四运算放大器，音频功率放大电路选用TDA2030芯片。TDA2030是一款输出功率大，最大功率到达35W左右， 静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16Ω的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有内部保护电路。电路整体框图如图3-1所示。

话筒话音放大器磁带放音机混合前置放大器音调控制器功率放大器扬声器

图3-1

2.1 话音放大器与混合前置放大器的设计

由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。

图3-2所示话音放大器，U1A组成同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数AV1=1+R5/R1=8.5 。

图3-2 话音放大器电路图。

图3-3中的混合前置放大器的电路中，U1B作反相放大器。电路中电容C3、C7是用作噪声去耦合的，可以用小体积大容量的钽电容或普通电解电容，一般选为10μF。耦合电容的作用是阻止前后两级电路的信号相互干扰影响，并且不会影响信号的传递。

图3-3 混合前置放大器的电路

2.2 音调控制器的设计

音调控制器的电路如图3-4所示，其中，R20称为音量控制电位器，其滑臂在最上端时，音量放大器输出最大功率。R14是临场感控制器，它能对500～2000Hz频率范围内的信号提升或衰减6～8dB,，可用来控制现场气氛。R13为超低音控制器，它与一般低音控制器不同之处在于它的起控转折频率取得较低(100Hz)，所以当播放动态宽阔的音乐时，其低音柔和而又具力度。单调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持０dB不变。因此，单调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。由运放构成的单调控制器构成，如图4-5所示。这种电路调节方便，元器件较少，在一般收录机、音响放大器中应用较多。

图3-4 音调控制器电路

工作状态及元件参数计算： 第一：低频时的情况：

低频提升与衰减，电路图如下图3-5（a）和图3-5（b）所示： 123ViR1RP1R2C2ViR1RP1C1R24DDR4-VeeR4-VeeCVoA1A1VoC图（a）BGND+VCC图（b）GNDTitle+VCCB RevisionA 图3-5 低频提升与衰减电路 SizeNumber增益为： AA4Date:File:13-May-2003F:\\新建文件夹\\MyDesign.ddbSheet of Drawn By:Vo123A（jω）=Vi=-[(RP31+R32)/R31]*[1+(jω)/ω2]/[1+(jω)/ω1]................................（公式1） 式中：ω1=1/（RP31*C32）， ω2=（RP31+R32）/（RP31*R32*C32）

4①当f

AVL=(RP31+R32)/R31.....................................................................（公式2）

②在f=fL1时，因为fL2=10fL1，故可得

AV1=(RP31+R32)/2R31..............................................................（公式3）

此时，电压增益 AV1相对于 AVL下降了3dB。 ③在f=fL1时，可得

AV1=[(RP31+R32)/R31]*（2/10）=0.14 AVL............................（公式4）

此时，电压增益 AV2相对于 AVL下降了17dB。 同理可得低频衰减的相应表达式。 第二：高频提升与衰减： 高频等效电路如图3-6所示：

123456R1DR4R2RcD-VeeRaC3VoA1A1ViVoR3+VCCGNDGND+VCCCRb-VeeViCC3R3RP2BRP2B高频等效电路（a）Title等效电路图（b） RevisionA 图3-6 高频等效电路 SizeNumberABDate:电阻关系式为： 13-May-2003 File:F:\\新建文件夹\\MyDesign.ddb12Sheet of Drawn By:5Ra=R31+R31+（R31R31/R32） 346Rb=R34+R32+（R34R32/R31） Rc=R31+R32+（R32R31/R34）

若取R31=R32=R34，则上式为：Ra=Rb=Rc=3R32=3R34.......................................(公式5)

2.3 功率放大电路的设计

功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整

个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。当负载一定时，希望其输出的功率尽可能大，其输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高，功放的常见电路有OTL(Output

Transformerless)电路和OCL(Output Capacitorless)电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功放，也有专用集成电路功放。

TDA2030A是SGS公司生产的单声道功放IC，该IC体积小巧，输出功率大，最大功率到达40W左右；并具有静态电流小（50mA以下），动态电流大（能承受3.5A的电流）；负载能力强，既可带动4-16Ω的扬声器，某些场合又可带动2Ω甚至1.6Ω的低阻负载；音色中规中举，无明显个性，特别适合制作输出功率中等的高保真功放等诸多优点。

1、设计指标

总电路如图3-8所示：

图3-8 总电路图

图3-7 功率放大电路

题目4 交通灯控制器设计

十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒鈡，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。

（1） 主干道方向绿灯亮，支干道方向红灯亮。主干道通车，时间为30秒 （2） 主干道方向黄灯亮，支干道方向红灯亮。主干道不通车，时间为8秒 （3） 主干道方向红灯亮，支干道方向绿灯亮。支干道通车，时间为20秒 （4）主干道方向红灯亮，支干道方向黄灯亮。支干道不通车，时间为8秒 （5）返回（1），继续运行。

2、原理说明

要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路几部分组成。整体电路图（用Multisim仿真）

十字路口车辆运行情况只有4种可能：1、设开始时主干道通行，支干道不通行，在这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30秒；2、30秒后，主干道不通行，支干道不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为8秒；3、8秒后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20秒。4、20秒后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为8秒。8秒后又回到第一种情况，如此重循环反复。因此，要求主控制器也有4种状态，设这4种状态依次为：Q0、Q1、Q2、Q3。状态转换如图。

设Q0＝00，Q1＝01，Q2＝11，Q3＝10，实现这4个状态的电路，可用一片4位二进制同步加计数器74ls90d数据选择器来实现这四个状态。可以用输出端S1和S0来表示这四种状态。

2.5 V X551X12.5 V 7X3X2U23U242.5 V 2.5 V 89U6AU7A2.5 V X62.5 V X46U1AU2AU3AU5ADCD_HEX_DIG_REDDCD_HEX_DIG_RED74LS04D74LS04D74LS04D74LS04D74LS04D74LS04D432101112U4AU12AU13AU14AU8AU15A74LS04D74LS00D74LS00D1924U9AU10A32181298112274LS00D74LS00D74LS04D1323202174LS04D1574LS04D17U16AU17AU18AQAQBQCQDR01R02R91R92INAINBR01R021412331QAQBQCQDU2274LS90DR91R92INAINBR01R02U19A74LS12D025V11412367GND26U11A74LS04D3050 Hz 5 V GND672728129811291412367R91R9216INAINB74LS12D74LS12D74LS20DU2074LS90DQAQBQCQD129811U2174LS90D

题目5 数字钟设计与制作

一、设计指标

1. 显示时、分、秒。

2. 可以24小时制或12小时制。

3. 具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。

4. 具有正点报时功能，正点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。（选做）

5. 为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。

二、设计方案

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。数字钟组成框图如图所示。

1．晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用ＴＴＬ门电路构成；另一类是通过ＣＭＯＳ非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图（b）所示，由ＣＭＯＳ非门Ｕ１与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，Ｕ２实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻Ｒ１为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容Ｃ１、Ｃ２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个１８０度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

CMOS 晶体振荡器

2．时间记数电路

一般采用10进制计数器如74HC290、74HC390等来实现时间计数单元的计数功能。本次设计中选择74HC390。由其内部逻辑框图可知，其为双2-5-10异步计数器，并每一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。

秒个位计数单元为１０进制计数器，无需进制转换，只需将ＱＡ与ＣＰＢ（下降沿有

效）相连即可。ＣＰＡ（下降沿有效）与１ＨZ秒输入信号相连，ＱD可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰＡ相连。 秒十位计数单元为６进制计数器，需要进制转换。将１０进制计数器转换为６进制计数器的电路连接方法如图 ２.４所示，其中ＱC可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的ＣＰＡ相连。

十进制-六进制转换电路

分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的ＱD作为向上的进位信号应与分十位计数单元的ＣＰＡ相连，分十位计数单元的ＱC作为向上的进位信号应与时个位计数单元的ＣＰＡ相连。

时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为24进制计数器，不是１０的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行24进制转换。利用１片７４ＨＣ３９０实现24进制计数功能的电路如图（d）所示。

（d）二十四进制电路

另外，图（d）所示电路中，尚余－２进制计数单元，正好可作为分频器２ＨZ输出信号转化为１ＨZ信号之用。

3．译码驱动及显示单元电路 选择74LS47作为显示译码电路；选择ＬＥＤ数码管作为显示单元电路。由74LS47把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。这里的LED数码管是采用共阳的方法连接的。

计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到74LS47芯片，再由74LS47芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。

4．校时电路

数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。即为用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向上时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向下时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。

实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图（f）。

（f）带有消抖电路的校正电路

三、电路设计

综合上述电路模块，可以设计出数字钟电路，如下图所示。

VCC5VR6200?R7200?R8200?R9200?R10200?R11200?CACACACACACAU1ABCDEFGABCDEFGU2ABCDEFGU3ABCDEFGU4ABCDEFGU5ABCDEFGU6VCC13121110915141312111091514VCC1312111091514VCC1312111091514VCC1312111091514VCC1312111091514VCC5V5V5V5V5V5VOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOG~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO74LS47NABCD74LS47NABCD74LS47NABCD74LS47NABCD74LS47NABCD74LS47NABCD712635471263547126354712635471263547126356735673567356735671QA1QB1QC1QD1QA1QB1QC1QD1QA1QB1QC1QD1QA1QB1QC1QD1QA1QB1QC1QDU22AU22BU22C1INA1INB1INA1INB1INA1INB1INA1INB1INA1INB1CLR1CLR1CLR1CLR1CLR1INA1INB74LS390N74LS08D14274LS390N74LS08D15112414274LS390N74LS390N74LS08D74LS390N74LS390N1CLR151412142115412142142VCCS1Key = AVCC5VS2Key = BR510M?5VR3R210M?1274LS00DU16A3U16B112139101123U19A8U18A74LS00DU20A1~1CLR6~1Q1CLK4R474LS00D65VCC5V3U211093211513146457RTCCTCO13O12O11O9O8O7O6O5O4O3RSMR11121421QA1QB1QC1QD3567U13AU13BU14AU14BU15AU15B74LS51DU19B6R145-32.768kHzR110M?C130pF30pFC210M?10M?U18B74LS00D513121074LS00D1Q~1PR41DU17A45211U17B74LS51D74LS74D4060BP_5V74LS00D89注：开关在上为正常工作状态, 开关在下为校时状态354~LT~RBI~BI/RBOU7U8U9U10U11OAOBOCODOEOFOGU12X1

题目10 救护车音响电路设计

1、设计指标

熟悉555定时器的结构和工作原理 接通电源能发出救护车声响

学会用multisim10软件仿真实验电路

电路设计图： 2、设计方框图

555 555 低频振荡高频振荡电路 电路

5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 2）、电容（滤波，使电路产生振荡C1(10u)，C2(0.01u)，C3（0.01u），C4(100u)） 3）、电阻（控制输出信号周期频率R1(10K),RP(0~75K),R3(5K),R4(10K),R5(100K)） 4）、功率2W内阻为8欧的扬声器 5）、两片双极型555

三、设计原理

1、各功能模块电路的设计（用Multisim仿真） 本电路是一个基于555原理的发声电路。设计的发声电路要有脉冲信号源，以及能产生高频信号的震荡器把音频信号（脉冲信号）运载出去。 设计方案：

用555定时器组成的多谐振荡器作为脉冲信号源，产生低频信号。用555定时器组成多谐振荡器，产生高频信号，用来运载音频信号，即低频信号，输出接扬声器，使扬声器发出声响。电路两部分均为由555定时器构成的多谐振荡器。

由555定时器构成的多谐振荡器如下图(a)所示，其工作波形见下图(b)。 接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当UC<1/3VDD时，振荡器输出Vo=1，放电管截止。当UC充电到≥2/3VDD后，振荡器输出Vo翻转成0，此时放电管导通，使放电端(DIS)接地，电容C通过R2对地放电，使UC下降。当UC下降到≤1/3VDD后，振荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端(DIS)不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使UC从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。脉冲宽度TL≈0.7R2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7(R1+R2)C，由电容C充电时间决定，脉冲周期T≈TH+TL。

电路运行时，第一部分的震荡电路输出低频方波信号对第二部分的高频振荡电路进行调制，使第二部分电路输出高低频相间隔的高频方波信号。

2整体电路图（用Multisim仿真）

由电路中RC组件的数值可以看出左边为低频振荡电路，按RC数值计算，它的振荡频率仅为1khz,右边为高频振荡电路。A1的3脚输出方波脉冲经R3加至A2的5脚，对齐产生的高频信号脉冲进行调制，最后产生救护车模拟声响。

题目11 汽车尾灯控制电路设计

1、设计要求

假设汽车尾部左右两侧各有4个指示灯(用发光二极管模拟)有四种显示模式如下： ⑴汽车正常运行时指示灯全灭;

⑵右转弯时，右侧4个指示灯按右循环顺序点亮，每灯只亮0.5秒； ⑶左转弯时，左侧4个指示灯按左循环顺序点亮，每灯只亮0.5秒； ⑷临时刹车时左右两侧所有指示灯同时闪烁。 2、汽车尾灯控制电路设计原理

(1) 列出尾灯与汽车运行状态表 (见表1-1) 汽车尾灯和汽车运行状态关系表（1-1） 开关

行驶状态 左尾灯 右尾灯

控制

S1 S0 D1 D2 D3 D4 R1 R2 R3 R4 0 0 向前 灯 灭 灯 灭 0 1 右转弯 灯 灭 按R1 R2 R3 R4顺序循环点亮 1 0 左转弯 按D1 D2 D3 D4顺序循环点亮 灯 灭 1 1 刹车 所有的尾灯随时钟CP同时闪烁 (2) 设计总体框图

由于汽车左右转弯时，四个指示灯循环点亮，所以用四进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件(S1、S0、CP、Q1、Q0)的关系，即逻辑功能表如下表（1-2）所示(表中0表示灯灭状态，1表示灯亮状态)。

汽车尾灯控制逻辑功能表（1-2）

由尾灯控制逻辑功能表得出总体框图，如下图所示。

(3)单元电路设计

a.三进制计数器电路可由16进制计数器74LS161构成，如下图所示。

GNDVCC34GND56ABCDENPENTU19QAQBQCQDRCO14131211153029U20D74LS00D31VCC5VGNDGNDV1200 Hz 345 V 710912~LOAD~CLRCLK74LS161D b.汽车尾灯电路 如图（3-1）所示，其显示驱动电路由6个发光二极管和6个反相器构成；译码电路由3-8线译码器74LS138和6个与非门构成。74LS138的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。当S1 = 0、S0 = 1,使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LS138对应的输出端0Y,1Y,2Y依次为0有效(4Y,5Y,6Y信号为“1”无效)，即反相器G1~G3的输出端也依次为0，故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮示意汽车右转弯。若上述条件不变，而S1=1、S0=0，则74LS138对应的输出端4Y、5Y、6Y依次为0有效，即反相器G4~G6的输出端依次为0，故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。当G=0，A=1时，74LS138的输出端全为1，G6~G1的输出端也全为1，指示灯全灭灯；当G=0，A=CP时，指示灯随CP的频率闪烁。

图3-1 汽车尾灯电路

c.开关控制电路。设74LS138和显示驱动电路的使能端信号分别为G和A，根据总体逻辑功能表分析及组合得G、A与给定条件(S1、S0、CP)的真值表，如表（3-2）所示。 S1，S0，CP与G，A逻辑功能表（3-2）

由表（3-2）经过整理得逻辑表达式为

由上式可得开关控制电路

(4)汽车尾灯总体电路

VCCR1R2R3R4R5200|?200|?200|?200|?200|?7891011LED1LED2LED3LED4LED51374LS04D6U7D74LS00D14151617R6200|?12LED618VCC5VU1DU2DU3DU4DU5DU6D74LS04D74LS04D74LS04D74LS04D74LS04D5U8D3U9D4U11D2U10D1U12D74LS00D2524U14D74LS00D26U15D2874LS04D27U16DU18DU17C74LS86D74LS00D74LS10D3235A+_XSC1Ext Trig+_B+_74LS00D74LS00D74LS00D74LS00D212319202215141312111097Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7123U19VCC34GND567VCC10ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115645GND2930G1~G2A~G2BU1374LS138DABCGNDGND36GNDGNDU20D74LS00D31VCCR7VCC200m|?J15VKey = A 34GNDJ2R85VGNDGNDV1912200 Hz 5 V 74LS161DVCCVCC200|?5VKey = S GNDGNDGND

图 3.5时序控制电路

根据上面的功能要求以及图.3.2，设计的时序控制电路如图 11、5所示。图中，门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端 。图11、4的工作原理是：主持人控制开关从\清除\位置拨到\开始\位置时，来自于图3.2中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则\定时到信号\为 1，门G2的输出 =0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经 G3反相， A＝0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。当定时时间到时，则\定时到信号\为0， =1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时， 门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间

题目7 烟雾浓度监测器电路

1、设计指标

能对空气中的烟雾浓度进行适时监测，当空气中的烟雾浓度过高时，会发出声光报警信号，提醒人们注意。 2、设计方框图

设定烟雾浓度 检测烟雾浓度 LED1不亮 灯泡不亮 LED1亮 灯泡亮 空气中烟雾浓度正常 烟雾浓度过高 3、设计原理

烟雾浓度上线监测电路由烟雾检测探头（a,b两极组成,在仿真电路中用滑动变阻器R15代替），滑动变阻器R13,电阻R6—R9,晶体管V4—V6和发光二极管LED1组成。

声音报警电路由二极管D1-D2,电阻R10-R11,电容C1-C3,时基集成电路IC和扬声器BL(电路中用灯泡代替)组成。

IC和R10,R11,C1,C2组成300HZ的音频振荡器。 整体电路图（用Multisim仿真）如图所示。

162R1450%R750k|?9Q4Q542N1711212N1711R13200k|?50%Key=G15LED13R9680|?C133nF18C210nFR81.5k|?Q610R1010k|?U1555_TIMER_RATEDVCCRSTDISTHRTRICONGNDOUTJ1Key = A 13C3100uF11X14V_0.5W19V17 V 200k|?Key=ED2142N171111N4001R1168k|?R627k|?0

题目8 声·光·触摸三控延时照明电路

1、设计指标

利用声，光，控制及人体触摸控制的延时照明灯电路，将该装置安装在楼道，走廊或卫生间等场所。在夜间，有人走动或发声时，灯会自动点亮延时数秒后自动熄灭。在白天，若触摸开关B，则自动灯会亮。

2、设计方框图

无光时，即光敏电阻晶体管饱值很大，且和导通，继有声音时 电器吸合 有人触摸时，开关J3闭合 3、设计原理

⑴ 声控电路设计（用Multisim仿真）

灯泡亮

R410k|?C1100nFR62M|?U1A4069BD_5VC210nFR8300k|?J1Key = A

在黑夜时，当有人走近或自动发出声响时，传声器将声音信号变成电信号（此处用开关

J1代替），此电信号经非门电路U1A构成交流线性放大器放大后，经非门电路U4A反相后输出高电平，使非门电路U3A的输出端变为低电平，二极管D3导通，非门电路U2A的输出端变为高电平，是晶体管Q1饱和导通，继电器的动合触头吸合，照明灯发光。

接通电源后，整个控制电路工作在守候状态，非门电路U2A输出低电平0V，使晶体管Q1截止，继电器K1的动合触头不吸合，照明灯不亮。

⑵ 光控电路

在白天时，即使有人脚步声或其他声响，也不会由高电平加入非门电路D2的输入端，因为光敏电阻器（通过滑动变阻器R7调整电阻的大小）受光照而阻值变小，D3的输入端始终为低电平，二极管D3和晶体管Q1均处于截止状态，照明等也就不亮。

到了夜晚时，光敏电阻因无光照射而阻值变大，此时若传声器拾取到信号（即开关J1闭合），则会有高电平加至非门电路U3A的输入端，使二极管D3导通，继电器的动合触头吸合，照明灯点亮。

U4A4069BD_5VR220k|?Key=D50%R710k|?70%Key=CR35.6k|?U3A4069BD_5VD31BH62XMM4

⑶ 延时控制电路

T=1.1RC

R5C5560|?10uFD31BH62U2A4069BD_5VXMM1

⑷ 继电器触动电路

D21BH62K1R10KU5A4069BD_5VR91M|?D41BH62R11k|?EDR2H1A05Q1J3Key = B 560k|?V212 V SMBTA05

在不管白天还是黑夜时，只要有手触摸触摸开关（即闭合开关J1）时，人体的感应信号将使非门电路U5A的输入端变为高电平，其输出端变为低电平，又使二极管D4导通，

非门电路U2A的输入端变为低电平，输出端变为高电平，晶体管Q1饱和导通，继电器闭合，照明灯亮。

4、整体电路图（用Multisim仿真）

VCC5VK1KVCC5VR5C5560|?10uFR410k|?C1100nFR62M|?U1A4069BD_5VC210nFU4A4069BD_5VR220k|?Key=D5000k|?R710k|?70%Key=CJ1Key = A R10J3Key = B 560k|?R91M|?V212 V U5A4069BD_5VD41BH62R35.6k|?XMM4U3A4069BD_5VD31BH62U2A4069BD_5VXMM1D21BH62R11k|?EDR2H1A05Q1X15V_1WSMBTA05R8

题目9 四位电子密码锁电路

1、设计指标

电子密码锁用CMOS集成电路组成，由开锁及延时保持电路、错键闭锁电路、主控制电路、除错控制电路、继电器开关电路、开锁显示电路等组成。输入密码时必须按一定的顺序输入，并且要在规定时间内输入完，否则，即使输对密码也开不了锁。另外，该锁还具有错键闭锁和消除错键的功能。

2、设计方框图

输入正确的一位密码 延时电路 规定时间内按下第二个密码 延时电路 规定时间内按下第三个密码 延时电路 规定时间内按下第四个密码 上升沿JK触发器 按错任意一个密码 除错键 继电器闭合 LED亮（开锁成功） 3、设计原理

a)主控制电路：由边沿触发的JK触发器完成。JK=0l时，当控制端CP出现上升沿时，Q为低电平，使继电器线圈接通电路，LED(发光二极管)发光，显示密码正确，开锁成功。 b)开锁及延时保持电路：设置了4个开锁键，暂定顺序为J1、J2、J3、J4，延时电路用RC电路，即利用RC的充、放电来达到延时保持的目的。当J1键被按下时，电容C4充电到高电平，UlA输出低电平，UlB输出高电平，并且保持住等待第2个键J2按下，若在规定时间内没有按下J2，则R1通过C1放电，UlA、Ul B又恢复到原来状态，此时再按下J2也不会使u2A输出改变。若在规定时间内按下J2键，则u2A输出高电平，并保持一段时间。同理，按下J3、J4，最终u2C输出低电平，通过ulE产生上升沿，触发主控制电路开锁。 c)错键闭锁及除错控制电路：设有J5、J6两个错键闭锁开关，即当按下这两个键中的1个或2个键时，都可使主控制电路处于闭锁状态。除错键J7是为了防止主人按错键后无法开锁而设置，当主人误按了J5、J6中的任1个或2个键时，此锁就被锁住打不开，只有断开除错键J7，然后再按正确顺序输入密码才能将此锁打开

功能模块电路：

开锁及延时电路：

R92J1Key = A U2AC11nF4R11kΩU3AJ2Key = B 654011BD_10VU8AJ3C21nF11R21kΩR6Key = C U6A98U9A10C31nF14R31kΩR7100kΩU7AJ4Key = D 1312U10A4011BD_10VC710uF151kΩVCCVCC12V1374009BD_10V4009BD_10V4009BD_10V4011BD_10VC610uF4009BD_10VR4C4R5C5100kΩ10uF100kΩ10uF100kΩ0000主控制电路

VCC4U5AK1~1PR61J1Q2K51CLK213~1K~1Q7EMR011A12~1CLRLED1174HC109D_4V0

错键闭锁及除错控制电路

VCCVCC12VR11kΩ2J5J6Key = E Key = F U1A4009BD_10VU4A34011BD_10V1J7R8C81MΩ10uF0Key = G 0

整体电路图（用Multisim仿真）

U11A4009BD_10V

R93J1Key = A U2AC11nF6R11k|?U3AJ2Key = B 874011BD_10VU8AJ3C21nF13R21k|?R6100k|?017U11A4009BD_10V21U1A4009BD_10V61J1CLK~1K~1Q~1CLR174~1PR1Q2VCC12V1k|?J4Key = D Key = C U6A1110U9A12159C31nF16R31k|?U7A4009BD_10V4009BD_10V4009BD_10V4011BD_10VC610uF4009BD_10V1514U10A4011BD_10VC710uFR4100k|?0C410uFR5100k|?0C510uFR7100k|?019VCCU5AKJ5Key = E J6Key = F K1U4A4011BD_10V2J7Key = G 0R81M|?205318EMR011A124LED174HC109D_4V0C810uF0

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