电子设计仿真与虚拟实验课程设计

成都理工大学

电子设计仿真与虚拟实验

课程设计

题目名称：红外自动洗手器的设计

学院名称：信息技术与科技学院

所属专业：信息工程

学生姓名：**

学号：2012130102**

班级：信息工程2班

是否选课：已选课（但名单上没名字）

邮箱：*********@

日期：2014-4-20

一、设计的题目及其要求

（1）设计题目

红外自动洗手器的设计

（2）课程设计的目标、基本要求及其功能：

1、设计一个用于控制水龙头自动出水的装置；

2、当有人洗手时，装置能自动出水，若手稍微偏离水龙头时（偏离时间2S以内），

水龙头也能自动出水；

3、工作电源为交流220V；

4、灵敏度可调；

二、设计方案

根据设计要求，其可分为四部分：第一部分：电源，电源有变压器，桥式整流器，稳压器，滤波电容组成；第二部分：红外发射与接收电路；第三部分：由LM567组成的锁相环音频译码器；第四部分：单稳态延时NE555。

系统总框图：

三、各功能模块设计

1、电源辅助材料的设计

1）工作原理图

2）功能描述及工作原理

220V 交流电路经变压器T 降压，变为10V 交流电，再由D1-D4桥式整流，电解电容C1滤波，三端稳压集成电路7805稳压，得到5V 直流电供给控制电路工作，LED1为电源指示灯。其波形图如下：

3）集成电路的封装

二极管的封装： DIODE0.3A 电解电容的封装：RB.2/.4 电容的封装：CAP0.2A 电阻的封装：AXIAL0.3 7805的封装：78XX LED 的封装：LED

2、红外发射与接收电路的设计 1）工作原理图

2）功能描述

（1）、LM358内部结构及特性

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 特性(Features): 内部频率补偿

直流电压增益高(约100dB) 单位增益频带宽(约1MHz)

电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V)

红外发射电路

低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流

低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)

（2）、LM358的内部结构及引角功能如图所示

3）工作原理

红外线发射电路，由三极管VT1、红外线发射管LDE2及电位器RW1及R2组成，锁相电路LM567的振荡信号经电阻R2耦合到三极管VT1放大，推动红外线控射管发出方波信号。

红外线接收电路由集成电路LM358、红外线接受管LED 以及其外围元件组成，红外线接收管把接收到的红外线信号转变为本身阻值的变化。引起在电阻10K 上分压的变化经电阻10K 和电容0.01uf 耦合到放大器进行放大，为降低电源交流波纹的影响，接收电路中加入一级R 、C 滤波电路。

4）集成电路的封装

LM358芯片的封装：DIP8 电容的封装：CAP0.2A LED 的封装：

LED

电阻的封装：AXIAL0.3

NPN三极管的封装：9013B

电解电容的封装：RB.1/.2

电位器的封装：VR

3、由LM567组成的锁相环音频译码器的设计

1）工作原理图

2）功能描述

（1）、LM567的结构

1脚输出滤波,2脚环路滤波(②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。 )

③脚是输入端，要求输入信号≥25mV;

4脚接Vcc, 7脚接地;

⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f2≈1/1.1RC;

⑧脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。

LM567的工作电压为4.75～9V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。

（2）、LM567的原理与应用

①、逻辑输出具有高达 100mA 的吸收电流；

②、、锁定带宽范围从0%

③、到14%中心频率； ④、噪声抑制能力强；

⑤、抗假信号干扰能力强；

⑥、中心频率稳定度高；

⑦、中心频率从0.01Hz 到500KHz 可调。

（3）、LM567的内部结构及引脚

3）工作原理

（1）、电路工作时，输入信号与压控振荡器VCO 的振荡信号在鉴相器Ｑ（双平衡模拟乘法器）中鉴相，相差信号经环路低通滤波后，形成与相差成一定比例的电压信号，用于控制VCO 输入频率跟踪输入信号的相位变化，若输入信号频率落在锁相环路的捕捉范围内，则环路锁定，VCO 的频率与输入信号的频率一致。 （2）、鉴相器Ｉ（双平衡模拟乘法器）与鉴相器Ｑ工作方式略有不同，它是利用压控振荡器的输出信号经90度移相后与输入信号鉴相，因而鉴相器Ｉ的输出电压达到输出范围的最大值，经运放后反相输出，其输出是集电极开路方式，采用该方式方便输出信号与TTL 或CMOS 电路匹配，且可直接驱动继电器等小功率负载。 （3）、中心频率为f=1/1.1RC ；捕捉的带宽为BW=1070sqrt(Vin/fC2 ) 其中25mV

4）集成电路的封装

LM567芯片的封装：DIP8 电阻的封装：AXIAL0.3 电解电容的封装：RB.1/.2 电位器的封装：VR 电容的封装：CAP0.2A

4、延时电路NE555的设计

输出滤波环路滤波信号输入Vcc GND

输出

定时电容

定时电阻