电子信息工程毕业论文3.doc

学校代码 10722 学 号 0440412023 分 类 号 TN702 密 级 公 开 本科毕业设计（论文）题 目 电视电脑抗瘾电路的设计（中、英文） Anti-addiction TV 、computer circuit design作 者 姓 名 王 新 鹏 专 业 名 称 电子信息工程 学 科 门 类 工 科 指 导 老 师 张 曦 提交论文日期 二零零八年六月 成绩等级评定 摘要本文通过设计电视、电脑抗瘾电路的方案来消除电视、电脑成瘾对人们造成的危害。文章提出两种方案定时开关电路抗瘾方案和定时干扰电路抗瘾方案，对两种方案的具体实施电路进行了设计，为读者进行此项工作提供了一定的借鉴。关键字：定时关机；干扰电路；电视机电源；原理Abstract By design television, computer anti-addiction programme to eliminate circuit television, computer addiction the harm caused to the people. The article proposed two options - regular anti-addiction programme of circuit switching and regularly interfere with anti-addiction programme circuit, the two programmes on the concrete implementation of circuit design, for readers to the work of a certain draw.Keywords: Timing shutdown; interference circuit; TV power supply; principle 目录1 引言32 总体设计方案42.1 定时关机的设计方案原理框图42.2 定时干扰电路的设计方案原理框图53详细设计原理及其主要元件电路说明63.1 定时关机设计方案详述及电路各部分说明63.1.1定时器电路部分63.1.2 电视机电源部分113.1.3 继电器的选择133.2 定时干扰电路设计方案详述及电路各部分说明134. 结论15谢辞16参考文献161 引言随着科学技术的迅速发展，电视、电脑作为传播文化、信息的重要工具已经逐渐普遍应用于大众。当然电视、电脑的节目等等都富于教育性和娱乐性，也是知识的源泉。坐在家里就可以知道国家和世界发生的各种大事，但是目前电视机有一些节目不适合儿童看，要么就是孩子整天坐在电视机前，整天看电视，使孩子时时处于被动地接受的状态，就难以体会真实的世界，变得被动和缺少想象力。上学的孩子看电视入了迷，就难以体会到读、写、做等有益活动的乐趣，影响孩子的学业。学龄前儿童看电视的时间太多，会妨碍他们玩耍，对培养孩子的想象、表达、交友、手眼配合等多方面的能力是十分有害的。这对他们的成长造成很大的危害。随着网络游戏的应运而生更是使不少人沉迷于网络，网络作为一种全新媒体和信息获得途径已经在人们的日常生活、学习和工作中占据越来越重要的位置，但是，网络所带来的负面影响也是非常明显的，青少年沉湎于网络游戏甚至患上网络成瘾症已成为日益突出的社会难题，这些现象在希望通过网络游戏来舒缓学习压力、摆脱孤独、满足成就感、缺乏自我控制力的大学生当中也相当严重。有的甚至为戒除网瘾而将小指头砍下来痛下决心.，伴随着网络的普及，网络成瘾症也成为青少年新的精神疾病。为了预防人们对电视、电脑的沉迷，从而有了本项目的设计。电视电脑抗瘾电路的设计现在国内外还很少发现，大多数的电路设计都是设计的抗干扰电路，而本文的抗瘾电路实质上是一个干扰电路，所以具有很好的研究价值。而本次项目的主要工作是以电视机为例（电脑的原理和电视机基本相同），在电视机电源电路中，添加定时器开关和继电器或者再加入震荡电路来实现电视机、电脑的定时关机或者定时时间一到产生干扰的特殊电路。本文为达到预防电视、电脑成瘾的目的，采取了两种设计方案：第一种方案是通过在电视机电源电路中加上开关，以及一个定时器，同时，用一个继电器触发开关，来达到定时关机的目的；第二种方案是通过在电视机电源电路中添加一个与电视机视频工作频率相近的定时干扰电路，迫使用户自动关闭电视、电脑。2 总体设计方案该设计方案主要分为以下两种：2.1 定时关机的设计方案原理框图将电视机电源电路部分、定时器电路，以及继电器、开关各电路元气件合并连接有下面原理框图：图21 定时关机原理图电路形成完毕后，调整定时器电路中RP可以改变定时时间，当打开电视机电源后开始计时，定时时间一到机器将会实现定时关机。2.2 定时干扰电路的设计方案原理框图将电视机电源电路部分、定时器电路、以及继电器，并把定时关机设计方案中的开关换成一个振荡电路，用继电器来触发振荡电路的产生，连接各电路元气件电路有下面原理框图：图 22 定时干扰原理图图中电源开启后，定时器进入定时，定时时间一到，继电器K吸合触发晶震产生振荡干扰电路，从而迫使用户无法继续电视、电脑。3详细设计原理及其主要元件电路说明3.1 定时关机设计方案详述及电路各部分说明3.1.1定时器电路部分现在的定时器多种多样，有555定时器,VC定时器，单片机定时器，linux、java定时器，电子定时器等等，种类繁多像四档可选定时器，定时时间可从数分钟到四小时，四档任意选择。由于输出电流大，可提供100MA的负载电流，并且保证在预调的时间，提供有效的输出电流去驱动双向晶闸管等大电流负载，因而适用于各种需要定时控制的场合工作原理如下图所示。图中，l为起动开关，2为停止开关。当按下起动开关后，直流电源经R2对电容c3充电，集成运算放大器A同相输入端的电位高于反相输入端，A输出高电位去触发双向晶闸管，使导通。交流电源经加至用电负载，定时供电开始。当释放l后，c3经A同相输入端放电，放电时间的长短决定于c3的容量和电阻R6一R9的阻值大小以及A反向端电位的高低。当c3电位下降至反向端电位以下时，A输出接oV，v5无控制电压而截止，定时供电结束。图3-1-1四档可选定时器原理图停止开关2是在定时时间内要立即中止定时时用的。当2按下后，c3通过R 4迅速放电，定时立即停止。调节电位器RP可调准A的端基准电位。电源部分不用变压器而用电容降压供电。电路形式简单、成本低、体积小、不发热。电阻Rl为电容c1提供泄放电流回路。定时时间可参考下表。电阻与定时时间定时电阻定时时间R6=0.51M3分R7=5.1M30分R8=22M2小时R9=44M4小时表 3-1单片机软件编程定时器我们以一个实际的时钟电路来说明定时器的软件编程方法，时钟就是我们最为常见的显示时、分、秒为单位的计时工具，它是典型的应用代表。时钟的最小计时单位是秒，但使用单片机定时器来进行计时，若使用6.0MHz的晶振，即使按工作方式1工作，最大的计时时间也只能到131ms，所以我们可把每个定时时间取125ms，这样定时器溢出8次（125ms*8=1000ms）就得到最小的计时单位秒。而要实现8次计数用软件方法实现是轻而易举的。我们使用定时器1，以工作方式1工作，定时器进行125ms定时。采用中断方法进行溢出次数的累计，当计满8次即得到1秒的计时。一个时钟的计时累加，要实现分、时的进位，要用到多种进制，秒、分、时中的进位是十进制，秒向分进位和分想时进位却是六十进制，而每天又有十二小时制或二十四小时制，它们分别又是十二进制和二十四进制。从秒到分和从分到小时可以通过软件累加和数值比较方法实现。在单片机的内部RAM中，需要设置显示缓冲区，显示的时、分、秒值是从显示缓冲区中取出的，在RAM中设置四个单元作为显示缓冲区，分别是7AH、7BH、7CH。为使电路和原理叙述方便，我们这里不显示秒值，秒的进位我们通过闪烁分值实现。这样我们一共有四位LED分别显示时和分值。同时时钟都需要校准的。在程序中还需设置显示码表，要显示的数值通过查表指令将显示用的真正码值送到LED上。我们用单片机AT89C2051的PP3.4和P3.5两个I/O口外接微动开关来实现时和分的校正，每按一次小时或分值加1，连续按下数值累计下去，实现时钟的校准。如果在电路中我们还设置了一个蜂鸣器，用作简单报时用，如可设早上7:30分起床，中午1点30分再有起床报时，每次响时1分钟，响1秒，停2秒的方式，而不是连续响铃。这个程序我们采用12小时制，为此，要在程序中设置相应的标志，以利于主程序识别。同样计时程序中还会有几个相关的标志，主要是控制程序流的转向。程序中我们都作了较详细的注释，这里不再赘述。硬件电路，我们还是以低价的AT89C2051单片机为微处理单元，这个芯片兼容C51指令系统，在C51上编写的程序，无需任何修改即可方便地移植到这个芯片上来。我们以P0口作为LED的字段位驱动输出，秒的“进位”采用分值闪烁提示，亮0.5秒，熄0.5秒。，P3.1P3.3用于位驱动，使用动态扫描方式显示，每位LED的显示时间1025ms之间均可，扫描频率不能太高，否则每位LED显示的时间过短，亮度太低，不易于观看，以肉眼不感觉到LED闪烁为宜。为了直观，我们的驱动输出没有采用集成电路，而是使用了分立元件三极管，但工作原理却是一致的。下图为时钟定时电路原理图：图3-1-2 时钟定时电路原理图这个电路结构决定LED采用共阳极的数码管，可以采用LQ5101BS普通的发光二极管，驱动三极管可采用易得的2SA1015和2SC1815等型号，当然也可使用象S9012,S9013,S9014,2N5401,2N5555等小功率三极管，其它器件没有特殊要求。为便于实验，单片机AT89C2051可采用DIP20P插座，程序编制好后，调试无错，即可烧写到AT89C2051中，值得一提的是，AT89C2051是Falsh程序存储器，程序可反复擦写，对于做实验是非常方便的。555定时器555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。下图为一555定时器的一个电路原理图：图3-1-3 555定时器综合以上各种定时器，还是觉得555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。因此在本项目中选用555实用电子定时器电路来完成定时功能，如下：如下图所示，定时器电路电路包括一个时钟产生器和一个计数电路。由555电路和R2、RP、R4及C1等组成一个无稳态多谐震荡器，它的输出脉冲作为IC2计数电路的时钟信号。IC1的震荡周期图3-1-4 555实用电子自动定时电路其震荡频率可通过电位器RP来调节，图示参数的震荡频率约在0.11Hz范围内。CC4040是一个12位二进制串行计数/分频器。C3、R5是计数电路的开机自动复位电路。通电后，IC2的（1脚）呈低电平，高电平，一路加至IC1的复位端（4脚），使IC1处于定时震荡状态；另一路加至继电器控制器VT的基极，使K吸合，负载通电，计时开始。随着时钟CP加至IC2的10脚端，计时电路从0开始计数，至计满后，（1脚）呈低电平转为高电平，经非门1后，IC1震荡中断，VT管截止，K释放,负载断电。显然，定时时间：T= = 图示参数大约为1.510小时的定时。调节RP来获得需要的定时时间。3.1.2 电视机电源部分以下主要将以电视机为例来演示说明。现在先来来了解一下电视机电源。在实际应用中，平面直角遥控彩色电视机同时有安装在主机上的总电源开关(POWER)和设在遥控器上的电源键。按本机总电源开关，可以使电视机的总电源接通，电视机开始正常工作。遥控盒键盘上的“电源开关”，一般是“双稳态”开关，若按下该键可以使电视机由正常工作状态转为“待机”状态，也可以使电视机由“待机”状态转为正常工作状态。 电源开关的控制工作过程为：在总电源开关接通后，当操作红外遥控发射器或按本机面板辅助开机键钮时，微处理器相应引脚输出+5伏左右的高电平脉冲，该脉冲经过缓冲放大电路后，使被控三极管导通或电源继电器吸合，主电源开始供电，电视机进入正常工作状态。 定时关机通常在欲睡前使用，故有的叫作“睡眠”(SLEEP)控制。当按下“定时”按钮时，“定时”(或“睡眠”)指示灯亮，此时徽处理器进行秒脉冲计数，当达到预定时间(约半小时或一小时)，自动关闭主电源。“开关”机和“定时”这两种功能，都体现在对电视机主电源供电的控制上。这两种信号都是电平信号，即持续地保持高电平(+5伏)或低电平(0)伏。 在彩色电视机中，稳压范围是开关电源的一项重要技术指标，它表示彩色电视机能够正常收看所允许电网电压变化的最大范围。该指标对于大屏幕，多制式彩色电视机尤为重要，因为大屏幕直角彩色电视机（特别是进口机型）均为多制式接收机，应能适应各国各地区电网电压，并能保证在电网电压波动较大的时候也能正常地工作。要求其电源适应110V/220V和50Hz，60Hz频率的交流电 为了实现以上对电源的要求，以及现在家庭用户最普遍的彩色制式电视机，主要采取以下的电视机电源先采用下电路图：图 3-1-5 电视机电源电路原理图3.1.3 继电器的选择用适当匹配的继电器来触发吸合开关。在与电视机电源输出电路匹配时，采用与上图中输出端电压为12V的引脚匹配的型号为JQ1-12V的继电器来合成电路。3.2 定时干扰电路设计方案详述及电路各部分说明定时干扰电路的工作原理和定时关机基本相似，只是在定时关机电路中重新接入一个能够产生干扰的振荡器电路。然而振荡器电路更是错综复杂，种类多样，有低频，有高频、压控、多谐等等。比方说以下几种振荡器电路：石英晶体振荡器石英晶体振荡器可以产生非常准确而稳定的振荡频率，但是，晶体振荡器一般不能在30MHz以上的晶体基频下振荡。这是由于石英谐振器的基频与晶体的尺寸和切型有关，基波频率越高，晶片就越薄。既然高频晶片的加工比较困难，机械强度又差，所以基波石英谐振器只能做到25MHz左右。目前工作频率超过15MHz一般就用泛音工作，即石英晶片振动于而有机械频率的高次谐波，这可以保证晶片有足够的机械强度。泛音的频率可以高达200MHz以上。由于偶次谐波无法利用，只能有奇次谐波，而且以三次和五次谐波的应用最广，1075MHz用三次谐波振荡，50125MHz用五次谐波。如图中所示为HCMOS集成电路组成的48MHz晶体振荡器。晶体的基波频率为16MHz，但振荡器强制工作于三次谐波。谐波振荡器的关键是抑制晶体的基频，图中的并联谐振电路在晶体的基频下谐振，它和晶体SJT串联后，对基频的阻抗最高，能有效的抑制基频振荡，保证三次谐波容易起振。图 3-2-1 HCMOS集成晶振使用的HCMOS器件为HCV04，这是迄今唯一的一种非缓冲型HCMOS集成电路，它的传输延迟时间很短，增益不是太高，特别适合振荡和线性应用。即使达到600MHz的振荡频率，HCV04也能可靠地工作。图中反相器A1经R1偏置电阻为放大器放大，然后和晶体STJ及谐振电路组成晶体振荡器；反相器A2将振荡输出信号整形，产生高频方波输出。多谐振荡器多谐振荡器的工作特点是： 电路不具有稳定状态，但是具有两个暂稳态； 不需外加触发信号，电路就能自动产生矩形波的输出； 电路工作就是在两个暂稳态之间来回转换。 它的用途是：产生定量的矩形脉冲。 60MHz晶体振荡器本振荡器主要是由晶体振荡电路和缓冲放大电路等组成工作原理：如下图所示。本晶体三极管VT1为60MHz的晶体振荡器，振荡器的输出送至晶体三极管VT2的缓冲放大器进行信号放大，它的发射极有较大的反馈，使振荡器更稳定。电阻R5、R6为偏置，R7为负载电阻，信号通过电容C6耦合输出60MHz的高频信号。图 3-2-2 60MHz晶体振荡器其中，VT1集电极回路由电感L1及电容C4、C5组成并联谐振回路，调节空气可变电容器C4，使回路谐振在振荡频率60MHz上，电感L3和电容C7组成去耦电路，其作用滤除电源中的高次谐波，以保证频率波形的纯度。但是为了使震荡器的震荡频率与电视机视频信号要基本相近，并且为达到容易实现，成本低运行快等目的，况且目前大部分电视机的视频工作信号一般都是48MHz。因此，在定时干扰电路中新选择了一个48MHz的晶体震荡器电路，该震荡器如下图所示：图 3-2-3 48MHz晶体震荡器该震荡器当输入为正弦波时，通过EWB仿真模拟得出输出为接近48MHz的正弦波电路。通过将该震荡器电路接入定时干扰电路的设计方案原理框图，当图中电源开启后，进入定时，定时时间一到，K自动吸合，就会产生震荡干扰电路，从而迫使用户无法继续电视、电脑，以达到预防上瘾的目的。4. 结论运用定时关机的设计方案原理框图和定时干扰电路的设计方案原理框图，具有电路简单，成本低，运行迅速，系统稳定性好，容易实现，在实际工作中，经过模拟发现能实现电视、电脑的定时关机或者定时产生干扰，以使用户离开机器，久而久之，就能达到预防电视、电脑上瘾之目的。相信它会在社会发展中起到越来越重要的作用。由于本人水平有限，文章中肯定有很多不甚成熟的地方，希望各位专家不吝执教，给予更多的意见和建议。谢辞四年的大学生活不仅充实了我的文化知识，丰富了我的生活，同时也学到了许多做人的道理。这些都归功于所有的老师，我要衷心的感谢每一为曾经给过我帮助的老师，谢谢你们；在撰写这篇论文时张曦老师给了我很大的帮助，在此我特别谢谢张老师，谢谢您的悉心指导和帮助；同时也谢谢在此期间帮助我的同学。参考文献1 俞斯乐主编，电视原理M，国防工业出版社，2005.8。2 张万忠，刘明芹，电器与PLC控制技术M，化学工业出版社，2003.8。3 黄永定，彩色电视机原理与维修技术M，机械工业出版社，2005.10。4 杨庚辰，自动控制原理M，西安电子科技大学出版社，1994.5。5 童诗白，华成英，模拟电子技术基础M，高等教育出版社，2000.3。6 王永山，杨宏五，杨婵娟，微型计算机原理与应用M，西安电子科技大学出版社，1991.9。7 阎石，数字电子技术基础M，高等教育出版社，1997.12。8 郁有文，常健，程继红，传感器原理及工程应用M，西安电子科技大学出版社，2003.2。9 王金明，数字系统设计与Verilog HDLM，电子工业出版社，2005.9。10胡宴如，耿苏燕，高频电子线路M，高等教育出版社，2004.6。