電子課設(shè)報(bào)告—即拍亮延時(shí)小夜燈

1、 電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱：即拍亮延時(shí)小夜燈 、四花樣彩燈學(xué) 院 名 稱： 信 息 工 程 學(xué) 院 專業(yè)： 電子信息工程 班級(jí)： 110413 學(xué)號(hào)： 110413* 姓名： * 評(píng)分： 教師：彭 嵩 時(shí)間 ：2013年9月28日 模擬電路課程 設(shè)計(jì)任務(wù)書20132014 學(xué)年第 1學(xué)期 題目即拍亮延時(shí)小夜燈內(nèi)容及要求 聲控； 延時(shí)點(diǎn)亮小夜燈。進(jìn)度安排1：查閱資料，到機(jī)房學(xué)習(xí)仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計(jì)及仿真；2：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接、調(diào)試電路，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；3：寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告 。學(xué)生姓名：*指導(dǎo)時(shí)間：周一至周五指導(dǎo)地點(diǎn)：綜合實(shí)驗(yàn)樓 考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作

2、4.其它指導(dǎo)教師 彭嵩系（部）主任 即拍亮延時(shí)小夜燈摘要本次課題設(shè)計(jì)的目的是：設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單的即拍延時(shí)小夜燈，它可以利用壓電陶瓷片將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。壓電陶瓷片與晶體三極管、電阻等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路，555時(shí)基集成電路與電阻、電容等組成典型的單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路。晶體三極管和電阻等組成了小燈泡功率驅(qū)動(dòng)放大電路。采用3.0V的直流供電，RC充放電執(zhí)行。此設(shè)計(jì)能夠很好的控制等的亮與滅，即在有聲音或者震動(dòng)的情況下，小燈泡會(huì)亮，否則就不會(huì)亮。關(guān)鍵字：555時(shí)基、延時(shí)、單穩(wěn)態(tài)電路即拍亮延時(shí)小夜燈目錄第一章、課設(shè)題目及要求11.1基本要求11.2 提高要求1第二章、設(shè)計(jì)原理分析22.1方案一22.2方案二3

3、2.3 總體設(shè)計(jì)思路32.4各模塊設(shè)計(jì)思路及參數(shù)選擇4第三章、調(diào)試與排版73.1 電路仿真圖73.2電路排版83.3焊接電路83.4分模塊的調(diào)試83.5功能調(diào)試83.6系數(shù)調(diào)試8總結(jié)9參考文獻(xiàn)10附錄11附錄一 元器件清單11附錄二 實(shí)物圖12即拍亮延時(shí)小夜燈第一章、課設(shè)題目及要求1.1基本要求通過(guò)對(duì)已學(xué)知識(shí)的了解，試著設(shè)計(jì)一個(gè)電路。要求：（1）達(dá)到用聲音控制燈泡的亮滅；（2）一定時(shí)間過(guò)后小燈泡會(huì)自動(dòng)熄滅。1.2 提高要求根據(jù)RC充放電原理，設(shè)計(jì)一電路，從而達(dá)到可調(diào)試時(shí)間即拍延時(shí)小夜燈。12即拍亮延時(shí)小夜燈第二章、設(shè)計(jì)原理分析2.1方案一本方案利用壓電陶瓷片、555時(shí)基集成電路等，基本電路圖如

4、圖2.1所示 圖2-1壓電陶瓷片 B 與晶體三極管 VT1，電阻 R1，和電阻 R2 等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路， 時(shí)基集成電路 IC 與電阻 R3，電容器 C 等組成了典型單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，晶體三極管 VT2， VT3 和電阻 R4，R5 等組成了小電珠 H 的功率驅(qū)動(dòng)放大電路。整個(gè)電路的電源由干電池 GB 提供。 平時(shí)，由于晶體三極管 VT1 的偏流電阻 R1 取值較大，所以 VT1 趨于截止?fàn)顟B(tài)，其集 電極輸出電壓高于 1/3VDD=1.5V，與之相連的時(shí)基集成電路 IC 的低電位觸發(fā)端 2 腳處于 高電平，單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)。電容器兩端通過(guò) IC 的 7，1 腳被 IC 內(nèi)部導(dǎo)通的三極管

5、短路，IC 的 3 腳輸出低電平，VT2，VT3 均無(wú)偏流而截止，小電珠 H 不發(fā)光。 當(dāng)在有效距離范圍內(nèi)拍一下手掌時(shí)，突發(fā)的聲波被壓電陶瓷片 B 接收，并轉(zhuǎn)換成微弱 的電信號(hào)，該信號(hào)的正半周經(jīng) VT1 放大后，從其集電極輸出負(fù)脈沖，時(shí)基集成電路 IC 的 2 腳獲得瞬間低于 1/3VDD=1.5V 的低電平觸發(fā)信號(hào),使 IC 組成的單穩(wěn)態(tài)電路受觸發(fā)進(jìn)入暫 穩(wěn)態(tài)(即延時(shí)狀態(tài)),IC 的 3 腳輸出高電平,VT2 獲得適合的偏流而導(dǎo)通,VT3 進(jìn)入完全飽和導(dǎo)通狀態(tài),小電珠通電發(fā)出亮光，隨著 IC的 3 腳變成高電平，IC 內(nèi)部導(dǎo)通的三極管截止，解 除對(duì)電容器 C 的短路，電池 GB 通過(guò)電阻 R

6、3 向電容器 C 開(kāi)始充電，當(dāng) C 兩端的充電電壓 （即 IC 的高電位觸發(fā)端 6 腳電位）達(dá)到 2/3VDD=3V 時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，IC 內(nèi)部三極管重新導(dǎo)通，通過(guò) IC的 7， 腳放電并被再次短路， 的3腳重新輸出低電平， C1 IC導(dǎo)通到 VT2，VT3 失去偏流而截止，H 斷電自動(dòng)熄滅。 電路中，小電珠 H 每次延時(shí)點(diǎn)亮的時(shí)間長(zhǎng)短，取決于單穩(wěn)態(tài)電路中電阻器 R3，電容 器 C 的時(shí)間常數(shù)，具體可以通過(guò)公式：T=1.1R3C 來(lái)估算。按圖選擇 R3 和 C 的值，H 延時(shí)點(diǎn)亮的時(shí)間約為 1min。但在本實(shí)驗(yàn)中選的是1u的電容和10m的電阻所以只有11秒左右。在晶體三極管 VT1

7、 電流放大系數(shù) ，R1 電阻值確定的情況下， 通過(guò)改變 R2 的電阻值，可調(diào)整靜態(tài)時(shí) IC 的 2 腳電位高低，也就是說(shuō)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整 R2 的電阻值，可以控制聲控靈敏度。2.2方案二 利用咪頭和NE555等器件進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換已達(dá)到使小夜燈延時(shí)電量的目的。（注：由于本次課程設(shè)計(jì)采用方案一，故不贅述）2.3 總體設(shè)計(jì)思路2.3.1系統(tǒng)組成及工作原理聲控?zé)糁饕且罁?jù)聲控原理來(lái)設(shè)計(jì)的。利用聲控電路是為了節(jié)約能源。整個(gè)電路由電聲控電路、延時(shí)電路等部分組成。電源由實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)壓電壓。通過(guò)聲控電路使燈 泡自動(dòng)點(diǎn)亮，聲控電路主要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，延時(shí)電 路聲音消失后延長(zhǎng)一段光照時(shí)間。2

8、.3.2 電路各模塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介2.3.2.1聲控電路部分 聲控電路聲控電路為聲音信號(hào)采集電路， 利用壓電陶瓷片在聲音變化下電壓發(fā)生改變的特性。當(dāng)聲音達(dá)到4.1KHZ以上的諧振頻率時(shí)在out端將輸出一個(gè)大于2V 的高電平，當(dāng)?shù)陀?.1KHZ或沒(méi)有聲音時(shí)在out端產(chǎn)生一個(gè)小于0.8V的低電平。3.2.2.2 延時(shí)電路部分延時(shí)電路本延時(shí)電路采用RC充放電電路作為延時(shí)部分，通過(guò)555內(nèi)部結(jié)構(gòu)（與非或關(guān)系）等使充電放電電路分開(kāi)。這樣極短的聲音刺激就能實(shí)現(xiàn)電路的延時(shí)工作。信號(hào)由 FT-27經(jīng)9014單向C1充電。所以充電后555芯片的7腳電位高于1腳，3腳就輸出 正電位，此時(shí)輸出小于2V，此時(shí)三極管VT2開(kāi)

9、啟，繼而VT3也導(dǎo)通，點(diǎn)亮小燈泡H。 在聲音信號(hào)刺激結(jié)束后，電容向電阻R3R4R5等放電，其中R3為10M電阻，使其放 電時(shí)間為11s左右。2.4各模塊設(shè)計(jì)思路及參數(shù)選擇2.4.1 綜合控制模塊的設(shè)計(jì)思路在設(shè)計(jì)之初， 首先要明確所設(shè)計(jì)電路的功能為在保證充分電的條件下還要能做到 延時(shí)性、精確性好，即信號(hào)不失真。根據(jù)這一設(shè)計(jì)思路，在有聲音時(shí)將產(chǎn)生大于2V 的信號(hào)，而實(shí)際也是要求這種情況下控制燈亮。給555時(shí)基集成電路的輸出端3管腳 一個(gè)不大于3V的高電平信號(hào)，才能控制燈亮，而在其他情況下都將產(chǎn)生低電平，約接近于0V。根據(jù)這些，選擇9014,9012三極管等就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2.4.2延時(shí)控制模塊原

10、理聲控夜燈的延時(shí)控制模塊總體參考方案包括RC電路和555 芯片兩個(gè)個(gè)模塊組成。從外界進(jìn)行信號(hào)識(shí)別，從而達(dá)到燈泡發(fā)亮的功能。聲控夜燈控制系統(tǒng)延時(shí)控制模塊設(shè)計(jì)框圖2.4.3 555集成電路及工作原理555集成電路開(kāi)始是作定時(shí)器應(yīng)用的。 但后來(lái)經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)， 它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組成脈 沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖 調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中， 555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電管以 及緩沖器等，電路比較復(fù)

11、雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。 555集成電路是8腳封裝，雙列直插型。其中6腳稱為閾值端（TH）是上比較器的輸入；2腳稱為觸發(fā)端，是下比較器的輸入。3腳是輸出端，它有0和1兩種狀態(tài)。7腳是放電端；4腳是復(fù)位端。 它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：TH高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控

12、制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓（當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾）。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如下所示： 表2-4 555定時(shí)器的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能0xx0導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)10 10 11 0導(dǎo)通截止置1 清零2.4.4總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖2-2 2.4.5設(shè)計(jì)方法與參數(shù)的

13、確定IC選用靜態(tài)功耗很小的CMOS時(shí)基集成電路（又稱“555時(shí)基集成電路“），這種 CMOS時(shí)基集成電路的靜態(tài)電流很小，而且工作電壓低（實(shí)測(cè)不低于2V就能工作）。 常用的普通TTL工藝生產(chǎn)的“555”時(shí)基集成電路，因其功耗大，要求工作電壓較高， 所以不適宜在本制作中使用。 VT1，VT2均選用9014（集電極允許最大電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗 PCM=310mW），要求VT1的電流放大系數(shù)>200，VT2的電流放大系數(shù)>100，VT3 選用901 （ICM=-0.5A,PCM=625mW),要求電流放大系數(shù)>50。 R1-R5均選用RTX-1/8W型碳膜電阻器電

14、阻大小分別為10K、10K、10M、10K、360。C用漏電很小的優(yōu)質(zhì)CD11-10V型電解電容器1uF。B用27mm壓電陶瓷片F(xiàn)T-27。H用質(zhì)量較好的小白燈。電壓用2節(jié)南孚干電池。即拍亮延時(shí)小夜燈第三章、調(diào)試與排版3.1 電路仿真圖因?qū)嶒?yàn)仿真軟件中沒(méi)有壓電陶瓷片（FT-27） ，所以通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)信號(hào)觸發(fā)來(lái)達(dá) 到同樣的效果。接入電源，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，小夜燈亮；接著斷開(kāi)開(kāi)小夜燈在10S 左右后才會(huì)自動(dòng)熄滅。電路仿真圖所示：圖3-13.2電路排版 當(dāng)仿真圖達(dá)到所需要求時(shí)便可以進(jìn)行電路排版了，將從庫(kù)房領(lǐng)取好了的原件進(jìn)行進(jìn)一步的檢驗(yàn)看元件是否發(fā)生了損毀。根據(jù)電路板的大小和元器件的多少，對(duì)電路圖重

15、新布局調(diào)整，以便元器件在板子上分布均勻合理。先進(jìn)行大致排版然后在逐步微調(diào)從而使整個(gè)電路更加美觀。這些工作耗費(fèi)了1個(gè)小時(shí)左右。3.3焊接電路在準(zhǔn)備工作完成之后開(kāi)始焊電路板，2個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成了電路板的焊接工作。先將準(zhǔn)備好的元件插入印刷電路板規(guī)定好的位置上然后按照先難后易，先低后高，先貼片后插裝的順序?qū)附釉M(jìn)行焊接。3.4分模塊的調(diào)試本實(shí)驗(yàn)調(diào)試，首先單獨(dú)分模塊進(jìn)行調(diào)試，也就是焊接完，分別對(duì)聲控部分和延時(shí)部分進(jìn)行分別調(diào)試，輸入一3.0V的直流電壓信號(hào)，用萬(wàn)用表檢測(cè)555芯片的3管 腳其輸出電壓是否約等于2.0V。 如果沒(méi)有,說(shuō)明在聲控這一塊上有焊接錯(cuò)誤， 如短接、 接觸不好、管腳連接錯(cuò)誤等；若達(dá)到

16、2.0V則聲控部分沒(méi)有問(wèn)題；接著用萬(wàn)用表檢測(cè) 延時(shí)部分以及總體部分，如果對(duì)照電路圖出現(xiàn)線未連、引腳接觸不良好等問(wèn)題，則進(jìn) 行修改。再重新檢查一遍沒(méi)問(wèn)題，將焊板上的正負(fù)極正確接好，則基本上符合了設(shè)計(jì) 要求。3.5功能調(diào)試在大致檢查過(guò)所焊電路之后接上2節(jié)南孚干電池開(kāi)始進(jìn)行調(diào)試，連續(xù)拍手幾次后結(jié)果發(fā)現(xiàn)小燈泡都沒(méi)有亮。在仔細(xì)檢查過(guò)電路板之后發(fā)現(xiàn)當(dāng)電路板產(chǎn)生較大震動(dòng)后小燈泡便會(huì)點(diǎn)亮。所以最后使壓電陶瓷保持在懸空狀態(tài)，在改正電路之后，小燈泡便可正常發(fā)光，過(guò)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅，拍手便會(huì)再次點(diǎn)亮小燈泡。3.6系數(shù)調(diào)試 小燈泡發(fā)光的時(shí)間基本上跟設(shè)計(jì)時(shí)所設(shè)定的值一致，且電路工作正常，能達(dá)到題目所需的要求。即拍亮延

17、時(shí)小夜燈總結(jié)本設(shè)計(jì)主要通過(guò)模塊化思想， 逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需達(dá)到的功能要求：聲音檢測(cè)放大模塊是對(duì)外界聲音信號(hào)的感應(yīng)系 統(tǒng)。LC充放電路為延時(shí)部分，三極管起到開(kāi)關(guān)作用。 本課程設(shè)計(jì)主要采用的電路原理基于模擬電子電路的基本知識(shí)， 對(duì)于信號(hào)的放大用555芯片5內(nèi)部的一個(gè)放大系統(tǒng)做。然后由感應(yīng)信號(hào)和555芯片并放大。從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。本實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)之后焊接之前必須設(shè)計(jì)好如何排版不然可能達(dá)不到所需的實(shí)驗(yàn)效果且不會(huì)很美觀。所以今后做如此的焊接實(shí)驗(yàn)時(shí)必須提前排版。在壓電陶瓷片這一塊，以為直接焊上去就可以達(dá)到燈亮和延時(shí)的效果，結(jié)果沒(méi)達(dá)到理想效果，最后采用使壓電陶瓷保持懸空狀態(tài)才達(dá)到理想要求。在最后過(guò)程中，由于原原理

18、圖的延時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所以改為電阻為10M，電容為1uf的電容以使延時(shí)時(shí)間定格在10s左右；所以在今后還是要做好充分的準(zhǔn)備工作，做到細(xì)心、謹(jǐn)慎、負(fù)責(zé)，要認(rèn)真設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)參數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)意識(shí)到要從現(xiàn)在開(kāi)始養(yǎng)成那種細(xì)心的好習(xí)慣。還有由于知識(shí)的局限性， 對(duì)一些深層次的問(wèn)題還是有所欠缺。這對(duì)以后的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)甚至是今后工作 上都非常有幫助。再者通過(guò)這次實(shí)習(xí)鍛煉了自己的動(dòng)手及查資料的能力，也體會(huì)到了 成功帶來(lái)了的喜悅和自己的不足之處，可以說(shuō)是受益匪淺。 即拍亮延時(shí)小夜燈參考文獻(xiàn)1 華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)基本教程M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.2 陳兆仁. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究與設(shè)計(jì)M.北京：電子工業(yè)

19、出版社，2000.3 杜龍林. 用萬(wàn)用表檢測(cè)電子元器件M.遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2001.4 楊振江等. 新穎實(shí)用電子設(shè)計(jì)與制作M.西安：西安電子科大出版社，2000.5 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2000.6 鄭家龍. 集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程M.北京：高等教育出版社，2002.即拍亮延時(shí)小夜燈 附錄附錄一 元器件清單附錄表1名稱型號(hào)個(gè)數(shù)芯片NE5551壓電陶瓷片F(xiàn)T-271電容1F1電阻10M110K33601即拍亮延時(shí)小夜燈附錄二 實(shí)物圖附錄圖 圖1附錄圖 圖2數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20132014 學(xué)年第 1學(xué)期 題目四花樣彩燈設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求(1) 彩燈一亮一滅,

20、從左向右移動(dòng)(2) 彩燈兩亮兩滅，從左向右移動(dòng)(3) 四亮四滅，從左向右移動(dòng)(4) 從18從左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅(5) 四種花樣自動(dòng)變換進(jìn)度安排1：查閱資料，學(xué)習(xí)仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計(jì)及仿真；2：寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告 。學(xué)生姓名：劉志建 指導(dǎo)時(shí)間：周一至周五指導(dǎo)地點(diǎn)：綜合試驗(yàn)樓 考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師 彭嵩系（部）主任 四花樣彩燈設(shè)計(jì)摘要 彩燈控制器在我門日常生活中有重要的運(yùn)用，如廣告牌的設(shè)計(jì)和節(jié)日彩燈的設(shè)計(jì)都能運(yùn)用到它的原理。本次設(shè)計(jì)的四花樣彩燈控制器是其中較簡(jiǎn)單的，但這是進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 本次課程設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一個(gè)四花樣彩燈控制器。首

21、先要分析設(shè)計(jì)要求，從要實(shí)現(xiàn)四花樣入手推導(dǎo)出要使用的芯片?？赏ㄟ^(guò)八位右移寄存器74LS164實(shí)現(xiàn)八個(gè)彩燈的向右移動(dòng)，從它的右移輸入端輸入四種碼來(lái)實(shí)現(xiàn)它的四種花樣。根據(jù)四種花樣確定這四種碼。要實(shí)現(xiàn)彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，把四種碼輸入四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153的四個(gè)輸入端，它的地址輸入端接雙D觸發(fā)器74LS74的兩個(gè)輸出端，74LS74可產(chǎn)生四種循環(huán)的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。時(shí)鐘信號(hào)由兩個(gè)555產(chǎn)生，一個(gè)產(chǎn)生周期為0.721秒的矩形脈沖控制八位右移寄存器74LS164,另一個(gè)產(chǎn)生周期為14.01秒的脈沖控制雙D觸發(fā)器74LS74。當(dāng)彩燈完成一種花樣時(shí)，雙D觸發(fā)器輸出狀態(tài)改變，數(shù)據(jù)選擇器選擇另一種碼

22、輸出，彩燈變?yōu)橄乱环N花樣，直到完成四種花樣再循環(huán)變化。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的四花樣彩器能完成四花樣變換，每一種花樣循環(huán)兩次，四種花樣不斷循環(huán)。主要參考元器： NE555,74LS93，74LS74,74LS153,74LS164關(guān)鍵字：時(shí)鐘脈沖 分頻 四花樣彩燈設(shè)計(jì) 目錄第一章 課設(shè)題目及要求1第二章 設(shè)計(jì)原理分析22.1 系統(tǒng)組成框圖22.2 工作原理分析2第三章： 電路設(shè)計(jì)43.1電路原理分析43.2 單元電路設(shè)計(jì)與技算5結(jié)論11參考文獻(xiàn)12附錄13元件清單13四花樣彩燈設(shè)計(jì)第一章 課設(shè)題目及要求1.1 設(shè)計(jì)課題及要求（一） 題目：四花樣彩燈控制器（二） 基本要求：設(shè)計(jì)一四花樣自動(dòng)切換的彩燈

23、控制器，要求實(shí)現(xiàn)(1) 彩燈一亮一滅,從左向右移動(dòng)；(2) 彩燈兩亮兩滅，從左向右移動(dòng)；(3) 四亮四滅，從左向右移動(dòng)；(4) 從18從左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅； (5) 四種花樣自動(dòng)變換。 13四花樣彩燈設(shè)計(jì)第二章 設(shè)計(jì)原理分析2.1 系統(tǒng)組成框圖把四花樣彩燈設(shè)計(jì)分為幾個(gè)獨(dú)立的功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),每一個(gè)模塊完成特定的功能,再把它們有機(jī)的組織起來(lái)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)完成彩燈控制器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)可由四個(gè)模塊組成，它們分別是：四種碼產(chǎn)生電路、開(kāi)關(guān)電路、數(shù)據(jù)輸出、時(shí)鐘電路。設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示：分頻計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器移位寄存器多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器開(kāi)關(guān)電路輸 出圖2-1 系統(tǒng)組成框圖 各模塊的組成及

24、功能分析1.自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路：由雙D觸發(fā)器74LS74和四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153組成，雙D的兩輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端，它能產(chǎn)生兩位循環(huán)二進(jìn)制碼，每改變一種狀態(tài)，數(shù)據(jù)選擇器選擇一種碼輸出，使彩燈花樣自動(dòng)循環(huán)。2.數(shù)據(jù)輸出電路：由八位移位寄存器74LS164和八個(gè)彩燈組成，選擇輸出的每一種碼輸入到寄存器的數(shù)據(jù)輸入端，使碼在寄存器的八個(gè)輸出端自左向右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)彩燈的花樣。2.2 工作原理分析彩燈控制器電原理圖如圖2-1所示。ICl、IC2由555接成多諧振蕩器。IC3由4位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS93接成16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其4個(gè)輸出端可分別輸出對(duì)計(jì)數(shù)脈沖的2、4、8、16分頻信號(hào)。IC4是雙

25、D觸發(fā)器74LS74，在這里接成兩位2進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。IC5是雙4選l數(shù)據(jù)選擇器74LSl53，這里只用了它的一組4選1數(shù)據(jù)通道。IC6是3位單向移位寄存器74LSl64，它是產(chǎn)生移動(dòng)燈光信號(hào)的核心器件。驅(qū)動(dòng)電路用8只三極管組成8路射隨器作緩沖放大，去觸發(fā)作電流開(kāi)關(guān)的8只雙向可控硅，以控制彩燈發(fā)光。電路的十5V電源由220V9V變壓器降壓，經(jīng)D1一D4橋式整流7805穩(wěn)壓后給控制電路供電。 圖 2-2四花樣彩燈設(shè)計(jì) 第三章： 電路設(shè)計(jì) 3.1電路原理分析從多諧振蕩器出來(lái)的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器；另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻

26、率，即改變彩燈移動(dòng)的速度，得到不同的動(dòng)態(tài)效果。多諧振蕩器、雙D觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器共同組成一個(gè)電子開(kāi)關(guān)。多諧振蕩器輸出的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)雙D觸發(fā)器兩位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在它的兩個(gè)輸出端得到00、01、10、11四種邏輯狀態(tài)。這四個(gè)狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個(gè)數(shù)據(jù)通道選擇信號(hào)，對(duì)應(yīng)從模十六計(jì)數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)選擇器的QA，QB，QC，QD四個(gè)分頻信號(hào)。其作用相當(dāng)于一個(gè)受控的一刀四位的機(jī)械轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。當(dāng)雙D觸發(fā)器輸出為“00”時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出10000000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣一；為“10” 時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出11000000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣二；為“01” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出11110000

27、序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣三；為“11” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出1111111100000000序列脈沖，為十六分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣四。調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電路的CP脈沖產(chǎn)生電路的電阻，可以改變開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間用以選擇每種花樣出現(xiàn)時(shí)間的長(zhǎng)短。數(shù)據(jù)選擇器的輸出端接移位寄存器的輸入端，在時(shí)鐘脈沖的作用下，數(shù)據(jù)在移位寄存器的八位并行輸出端從Q0到Q7順序移動(dòng)。移動(dòng)的八位控制信號(hào)直接控制發(fā)光二極管的亮滅，就出現(xiàn)了八路四花樣自動(dòng)循環(huán)切換的流水彩燈。3.2 單元電路設(shè)計(jì)與技算3.2.1 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖,其周期為:T=0.7(R1+2R2)C(3-2.1)要

28、用兩個(gè)555產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘脈沖,一個(gè)控制74LS161模十六計(jì)數(shù)器和八位移位寄存器,要能看到彩燈的流動(dòng),其周期設(shè)為1秒左右, 電阻值和電容值可設(shè)為：R1=1K ，R2=51K ，C=0.01F由公式（3-2.1）計(jì)算得：T=0.721S 圖3.1另一個(gè)555產(chǎn)生的矩形脈沖控制彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,其周期設(shè)為模十六計(jì)數(shù)器的20倍,改變R1、R2的阻值即可，可設(shè)為：R1=1K ，R2=1M ，C=0.01F由公式（4-1）計(jì)算得：T=14.42S3.2.2 四種碼產(chǎn)生電路根據(jù)彩燈要實(shí)現(xiàn)的四花樣,可確定移位寄存器輸出的二進(jìn)制碼,即四種碼產(chǎn)生電路要產(chǎn)生的碼，如表3-1所示：花樣狀態(tài)要求周期（位）碼1一亮一滅，

29、從左向右移動(dòng)8100000002兩亮兩滅，從左向右移動(dòng)8110000003四亮四滅，從左向右移動(dòng)8111100004從18從00左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅 161111111100000000表3-1 四種碼六進(jìn)制計(jì)數(shù)器接組合邏輯門產(chǎn)生，十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的真值表如表3-2所示 序號(hào)原狀態(tài)S(t)Q4 Q3 Q2 Q1次態(tài)N(t)Q4 Q3 Q2 Q1輸出Z1Z2Z3Z401234567891011121314150 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01

30、 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 00000000100000001100000011000000111100001111000011111111000000001 表32表3-2圖 3-2 四種碼產(chǎn)生電路3.2.3 彩燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路要實(shí)現(xiàn)彩燈四花樣的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，就要使四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153循環(huán)地輸出Z1、Z2、Z3、Z4，也就要使它的地址輸入端輸入四種狀態(tài)并

31、循環(huán)轉(zhuǎn)變，可用雙D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。雙D觸發(fā)器的兩個(gè)輸出端Q1、Q2的狀態(tài)方程為：Q 1n+1 = Q2n （32.1）Q2n+1 Q 1n （3-2.2）設(shè)雙D觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q1Q2 = 00，由Q1、Q2的狀態(tài)方程式（32.1）和式（3-2.2）可得，Q1、Q2的狀態(tài)變換順序?yàn)?0>01>11>10>00，實(shí)現(xiàn)四分頻。用雙D觸發(fā)器的輸出端Q1、Q2控制選擇器的地址輸入端，使數(shù)據(jù)選擇器自動(dòng)選擇一種碼輸出，實(shí)現(xiàn)彩燈花樣的自動(dòng)控制。令Q1Q2=AB，74LS153數(shù)據(jù)選擇器的功能表如表3-3所示：自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路如圖3-3所示：圖3-3 自動(dòng)控制電路表3-3 數(shù)據(jù)選擇器功能表

32、B（Q2）A（Q1）1Y0110000110Z1Z3Z4Z2Z1由表3-3可知，數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端A、B循環(huán)轉(zhuǎn)變，輸出端1Y循環(huán)選擇四種碼Z1、Z2、Z3、Z4輸出，使彩燈的四花樣自動(dòng)循環(huán)改變NE555定時(shí)器原理圖及結(jié)構(gòu)圖 仿真圖 如下 圖 3-4仿真圖如下： 圖3-5四花樣彩燈設(shè)計(jì)結(jié)論 本次所設(shè)計(jì)的是花樣彩燈控制器，該控制器的設(shè)計(jì)主要結(jié)合了大二所學(xué)的低頻電子線路及脈沖與數(shù)字電路課程。課程設(shè)計(jì)這門課需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和完整的設(shè)計(jì)思維和方法。設(shè)計(jì)電路關(guān)鍵在于對(duì)設(shè)計(jì)要求的理解分析以及對(duì)基本電路相關(guān)知識(shí)的熟練掌握。設(shè)計(jì)電路時(shí)，將總體的功能分成若干個(gè)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，是簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)思路的很好方法；且搞清

33、各個(gè)模塊的功能與實(shí)現(xiàn)要求操作的具體方法，對(duì)電路故障的檢查也是很有幫助。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多東西，如查找資料，設(shè)計(jì)比較，從各種圖中提取所需。焊接時(shí)出學(xué)到了好多，如如何在一定大小的板子上正確擺放好芯片，如何布線等等，調(diào)試時(shí)也是，知道了用工具如萬(wàn)用表來(lái)檢查、修復(fù)故障。本次課設(shè)算是成功的，學(xué)到很多，包括焊接技術(shù)。也吸取了很多教訓(xùn)。真正提高了動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)獲取資料，活躍了自己的思維，鞏固了所學(xué)知識(shí)。花樣彩燈控制器的設(shè)計(jì)是對(duì)數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)知識(shí)的實(shí)踐運(yùn)用，加深了對(duì)知識(shí)的理解。四花樣彩燈設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)1 康華光.數(shù)字電子技術(shù).高等教育出版社，20022雷勇.電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn).成都：四川大學(xué)出版社，20023王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè).北京:高等教育出版社,20064中國(guó)集成電路大全編寫委員會(huì).中國(guó)集成電路大全TTL集成電路.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，19855陳先龍.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,20066宋萬(wàn)年.模擬數(shù)字電路