数模混合课程设计实验报告(完成) -

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：

1.将待调试电板按正负极接好，要求使用+5V直流电源，负极接地；

2.接通电源开关，观察二极管是否正常工作，蜂鸣器是否正常工作。若不正常，检查练练，正负极是否接反，连接是否良好等；

3.旋转1R，观察二极管闪烁频率是否有变，若无变化，检查R是否损坏，是否连接良好；

1

4.保持1R不变，旋转3R，观察蜂鸣器音调是否高低变化，若无变化，检查3R是否损坏，连接是否良好；

5.将1C输出端引出，接到示波器，观察输出波形，并记录；

6.调试结束，关闭电源。