课程设计说明书--彩灯循环控制电路的设计和模拟信号运算电路的设计.doc

目录 1 技术指标 1 2 设计方案及其比较 1 2.1 模拟电路方案 1 2.1.1 方案一 3 2.1.2 方案二 5 2.1.3 方案比较 7 2.2 数字电路方案 7 2.2.1 方案一 7 2.2.2 方案二 10 2.2.3 方案三 13 2.2.3 方案比较 14 3 实现方案 15 3.1 模拟电路方案 15 3.1.1 加法电路 15 3.1.2 减法电路 15 3.1.3 各元器件功能 16 3.2 模拟电路方案 17 3.2.1 原理及工作过程 17 3.2.2 各元器件功能 18 4 调试过程及结论 22 4.1 调试过程 22 4.1.1 模拟电路调试 22 4.1.2 数字电路调试 23 4.2 设计结论 23 4.2.1 模拟电路设计总结 23 4.2.2 数字电路设计总结 24 5 心得体会 24 6 参考文献 25 彩灯循环控制电路的设计和模拟信号运算电路的设计 1 技术指标 设计一种利用发光二极管作为彩灯指示,实现发光二极管依次点亮形成移动的光点,并不断循环的彩灯循环控制电路，要求可以实现彩灯循环的时间可以调节。设计一种模拟信号运算电路，具体包括加法运算电路和减法运算电路，要求能够实现两路可调模拟信号的加法运算和减法运算。 2 设计方案及其比较 分析技术指标可以了解到，对于模电部分，可以利用集成运算放大器，在输出与输入之间接入一个反馈回路，利用运放两端的虚短和虚断原理，调整输出与两个输入间的关系达到两路信号加法与减法的功能。对于数电部分，要求实现彩灯依次循环点亮，以及循环时间可调，则可以利用计数器和译码器组成计数译码电路，依次输出高电平（或低电平），使得二极管依次循环点亮；时钟信号可以用多谐振荡器实现，并可通过调节相应元件的参数改变输出矩形方波的频率，从而可以调节彩灯循环的时间。 2.1 模拟电路方案 要完成加减法运算电路，可以通过反相输入方式、同相输入方式和差动输入方式来完成。【1】通过这三种输入方式组合和变换可以构成反相加法、同相加法和减法电路，并且可以引入相应的控制在一个电路中完成加减法运算功能的切换。 1）同相输入方式原理如下： 图2-1 同相输入方式 如图2-1所示，由“虚断”可知，由“虚短”可知，，可知， 2）反相输入方式原理如下： 图2-2 反相输入方式 如图2-2所示，运算放大器的同相输入端接地，因此 ，又可以根据“虚短”概念， ， ， ，因为 ，所以 , ，得到关系为： 3）差动输入方式是同相输入方式和反相输入方式的线性叠加，又称同反相输入方式，原理如下： 图2-3 差动输入方式 如图2-3所示，运算放大器工作在线性区，线性电路的叠加原理适用于此，即可求出和分别作用时的结果，然后利用叠加原理，得出和同时作用的结果。 （a）在作用，时，如图2-4（a）所示，构成反相放大器，则： （b）在作用，时，如图2-4（b）所示，构成同相放大器，则： 利用叠加原理，和同时作用时输出电压为： 如果，则得到输入与输出的关系式： （a） （b） 图2-4 利用叠加原理求解差动输入方式 （a）当作用，时；（b）当作用，时 2.1.1 方案一 1）利用反相输入和差动输入方式构成同相加法电路 电路分为两部分，第一部分是由反相输入方式构成的反相运算电路，第二部分是差动输入方式构成的减法电路。原理图如下： 图2-5 模电方案一同相加法电路原理图 如图2-5所示，经第一部分反相之后，，然后作为第二部分的输入，，当所用电阻均相等时，输出与输入的关系为：，完成同相相加功能。 2）利用同相输入和差动输入方式构成减法电路 电路分为两部分，第一部分是由同相输入方式构成的同相运算电路，第二部分是差动输入方式构成的减法电路。原理图如下： 图2-6 模电方案一减法电路原理图 如图2-6所示，经第一部分之后，，然后作为第二部分的输入，，当所用电阻均相等时，输出与输入的关系为：，完成减法功能。 3）利用前两个电路构成加减法切换电路 分析上两个电路发现，两者第二部分想同，第一部分很相似，因此考虑引入控制电路实现同一电路加减法功能的切换，原理图如下： 图2-7 模电方案一加减法切换电路原理图 如图2-7所示，电路分两部分，第一部分为正反相选择电路，第二部分是差动输入方式构成的减法电路，整个电路的功能靠开关K来切换。若所有电阻均等值，当开关K断开时，第一部分为同相运算电路，输出电压，经第二部分减法电路后输出电压；当开关K闭合时，第一部分为反相运算电路，输出电压，将第二部分减法电路后输出电压。 用PROTEUS软件仿真，加减法功能切换可以实现，且误差较小。 2.1.2 方案二 反相加法电路是最基