模电设计--电阻密码锁

Posted 2021-10-11 ⁽⁽ଘ晴空万里ଓ⁾⁾

电阻密码锁

一、 题目的要求和意义

课程设计目的：
让学生们了解独立设计一套作品的流程，同时也提高学生们的动手能力，巩固模拟电子线路的知识，培养学生们团结合作的精神。
实验要求：

1. 用一个特定阻值的电阻作为密钥；
2. 用Ucc/2作为比较电压；
3. 用发光二极管的亮灭来显示锁的开合：正确接入密钥时，发光二极管亮，则锁被打开；否则当有人试图开锁时或错误（或无）接入密钥时，发光二极管暗，发光二极管暗，则锁闭合。
4. 初始时无电阻接入，窗口电压比较器输出高电平，通过一级反相器后变为低电平，发光二极管不导通，同时另一路运放也输出高电平，导致储能机构截止。
5. 正确接入电阻时，电压比较器输出低电平，通过一级反相器后变为高电平，发光二极管亮，同时另一路运放也输出低电平，导致储能机构仍截止。
6. 错误接入电阻时，电压比较器输出高电平，通过一级反相器后变为低电平，发光二极管不导通，同时另一路运放输出低电平，储能机构导通，电容器快速充电，随后即便曾经搜索到密钥，但电容器两端维持高电平从而使通过一级反相器后的电压变为低电平，发光二极管仍不导通。

二、 硬件电路设计
电路设计的总体框图及仿真原理图如下：

设计原理：

（1）电压跟随器
电压跟随器是指输出电压跟随输入电压的变化，也就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。电压跟随器是同相比例放大电路的一种特殊情况，同相比例放大电路如下图所示：

根据虚短、虚断的概念有VN=VP=VS,is=iF于是求得v0=(1+Rf/R1)*VS—————(1)
故当Rf–>0，R1–>∞时V0 = VS即是电压跟随器。

（2）窗口比较器
窗口比较器有两个阈值电压。输入电压在两个阈值电压之间，输出电压为低电平。输入电压在两个阈值电压之外，输出电压为高电平。如图所示。

（4）单限比较器

（6）延时电路
使用了RC延时电路，由仿真原理图设窗口比较器的输出电压为U13。
当窗口比较器输出高电平时，电容Ｃ1充电：
充电时间为Ｔ1＝Ｒ9Ｃ1ln（（U13-Uc）/U13）————（2）
当窗口比较器输出为低电平时，电容Ｃ1通过电阻Ｒ9放电：
放电时间为Ｔ2＝-Ｒ9Ｃ1ln（Uc/U13）————（3）。
Ｕc电压为电容充放电电压。
（7）总体设计

1. 当滑动变阻器R2的阻值等于50KΩ时，即输入正确的电阻密码，由于R2=R1,且采用+5V电源电压供电，故由分压公式可得，R2上的电压为2.5V。因为运放U1A是电压跟随器，故输出电压为U1=2.5V。2.5V的电压分别输入窗口比较器U1B的5脚与U1C的9脚，由分压公式可以算出，U1B的6脚与U1C的10脚的电压分别为U6=2.5247V，U10=2.4752V。因为U10<U1<U6，故窗口比较器输出为低电平，即U13=0V，此时电容C1两端没有电压，由分压公式算出单限比较器的12脚的电压为U12=5V*10K/22K=2.27V，因为U12>U13,所以比较器输出高电平，LED灯亮。
2. 当滑动变阻器R2的阻值不等于50KΩ时，即输入错误的电阻密码，由于R2≠R1,且采用+5V电源电压供电，故由分压公式可得，R2上的电压为就会大于U6=2.5247V或者是小于，U10=2.4752V。因为运放U1A是电压跟随器，故输出电压U1>U6或者U1<U10, U1的电压分别输入窗口比较器U1B的5脚与U1C的9脚,此时U6=2.5247V，U10=2.4752V不变。因为U1>U6或者U1<U10，故窗口比较器输出为高电平，即经测量U13=3.425V，此时电容C1充电，由于单限比较器U12=2.27V，因为U12<U13,所以比较器输出为低电平，LED灯不亮。
3. 当再次接入正确的电阻密码时，电阻比较器输出电压为低电平，由于之前接错电阻密码时电容两端充电至高电平，故U13也为高电平，且U13>U12，比较器输出为低电平，LED灯不亮，同时电容C1向电阻R9放电，放电至C1两端电压小于U12时比较器输出为高电平，所以LED灯亮起。

三、软件设计流程及描述（无）

四、源程序代码（要有注释）（无）

五、调试过程遇到的问题与解决的方法

在调试过程中遇到一些问题。
没有1BH62的二极管，我们只能从别处想办法。1BH62的二极管用不了了，那说明电路中反相器也就没有了。在翻书的过程中突然翻到单阈值比较器，与反相器的接法很类似，就想着能否将反相器改造为比较器。最后想到通过飞线给同相端一个参考电压，就能构成比较器。最后确实成功了。