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文档简介

徐州师范大学物电学院课程设计报告课程名称:数字电子技术基础题目:路灯控制器的设计专业班级:学生姓名: 学生学号日期: 指导教师:物电学院教务部印制一、课程设计目的、任务和内容要求:在当今社会中,人们已习惯于早出晚归,所以路灯的控制成为一个需要考虑的问题,如何能够在适当的时候开关灯需要我们去好好地思考设计。本课程设计的任务就是设计一个路灯控制器。我们应在熟悉基本原理的前提下,与实际应用相联系,提出自己的方案,完善设计。课程设计目的1. 掌握路灯控制器的设计、组装与调试方法。1. 熟悉集成电路的使用方法。课程设计任务及要求1.当处于暗环境下(晚上)能够自动开灯(发光二极管亮),当处于亮环境下(白天)能够自动关灯(发光二极管灭);2.能自动记录“路灯”的开灯次数(用1位数码管显示);3.能累计“路灯”开灯时间(用2位数码管显示)。二进度安排课程设计时间安排在学期结束前二周进行,共计14天。第1天: 选择课题,论证设计方案;第2至3天: 原理设计,电路仿真(有条件进行这一步),原理修改;第4至5天: 安装工艺设计,购买元器件;第6至9天: 按安装工艺和调试工艺分步安装、焊接、调试,电路修改,总调;第10天: 结构设计与安装(无外壳要求的可以不做此项);第11至13天:撰写课程设计报告(文搞要求有纸版和电子版);第14天: 课程设计答辩、演示、验收。三、主要参考文献:【1】彭介华.电子技术课程设计指导.北京:高等教育出版社.1997【2】数字系统设计方法,大连理工大学编,大连理工大学出版社,1992年【3】邱关源、罗先觉.电路.北京:高等教育出版社.2007.8【4】康华光.电子技术基础.模拟部分.北京:高等教育出版社.2007.11【5】阎石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社,1998;【6】王远.模拟电子技术.北京:机械工业出版社,2001;【7】陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京:机械工业出版社,2003;【8】毕满清.电子技术实验与课程设计.北京:机械工业出版社,2006;指导教师签字:年月日目录摘要 2Abstract . 21选题背景3 11设计要求3 12指导思想32方案论证4 21方案说明4 22方案原理43电路的设计和分析5 31电路的原理框图5 32单元电路的设计与分析54电路的调试与分析12 41调试使用的仪器12 42电路的调试125总结13 51设计体会13 52改进提高13附录1元器件清单14附录2电路的原理图15附录3实物图17参考文献18摘要在当今社会中,人们已习惯于早出晚归,所以路灯的控制成为一个需要考虑的问题。本课程设计的任务就是设计一个路灯控制器,要实现的功能是当处于暗环境下(晚上)能够自动开灯(发光二极管亮),当处于亮环境下(白天)能够自动关灯(发光二极管灭);能自动记录“路灯”的开灯次数(用1位数码管显示);能累计“路灯”开灯时间(用2位数码管显示)。该电路的设计主要分为三个模块:路灯的控制、显示灯亮的持续时间、显示灯亮的次数,每个模块会分别用到不同的集成芯片(其中包括NE555、74LS48、74LS160)和一些常用的电子元件(光敏开光,电阻,电容,滑动变阻器等)。关键词:路灯控制;74LS160;74LS48;555定时器AbstractIn modern society,people havealready been used to work hard. So the control of the streetlight becomes a problem which is needed to be thought about. The taskof my course designing is to design a streetlight controlling. The function excepted to be achieved is that when in dark environments it can automatically turn on, when in the bright environments can automatically turn off. It can record the number of the lighting. It can also add up the time of the lighting. It divides into 3 parts: the control of the streetlight ;record the number; add up the time. Of course , different part use different integration chip (includingNE555、74LS48、74LS160 ) and some electronic components (mitsutoshiswitch, electric resistance, electric capacity and so on).Keywords:the control of the streetlight; 74LS160;74LS48;NE5551 选题背景11设计要求1.1.1当日照光亮到一定程度时使灯自动熄灭,而日照光暗到一定程度时又能自动点亮。开启和关断的日照光照度根据用户要求进行调节,可选用一个白炽灯或发光二极管作光源。1.1.2设计计时电路,用数码管显示路灯当前一次的连续开启时间。1.1.3设计计数显示电路,统计路灯的开启次数。12指导思想本设计采用74LS160、74LS48、555等芯片来完成路灯亮暗控制与所需要的数字逻辑显示功能(在七段数码管上按规律显示特定的数字)。本设计具有逻辑清晰、设计巧妙等特点,能很好的符合课程设计的要求。2 方案论证21方案说明本设计主要是通过光敏电阻通过对外界的光线的强弱的感应来控制555的高低电平输出,从而控制路灯的开或关。为了使计时与计数电路同步启动,555的输出接计时电路的使能端,计数电路的脉冲端。脉冲的产生是用555接成一个频率为1HZ的多谐振荡器,用共阴极的七段数码管做显示电路。22方案原理当光照减弱时,光敏电阻阻值增大,555的2、6端口出现低电平,当它到达一定值时,3口出现高电平,且大于2/3VCC,路灯亮。反之,当光照增强到一定时,光敏电阻阻值减小,3口出现低电平,小于1/3VCC,路灯熄灭。为了避免外部干扰所带来的错误反应(例如来往的车灯给光敏电阻带来的短暂激励),我们利用电容充电带来的时间延迟来解决问题。经以上论证,方案可行。3 电路的设计与分析31电路的原理框图光电变换振荡电路信号鉴幅计算译码驱动电路计数译码开启时间显示路灯开启次数显示图3-1 电路的原理框图32单元电路的设计与分析321 多谐震荡电路的设计与分析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。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个 RS 触发器,一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 555 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。555定时器主要是与电阻电容构成充放电电路,并由两个比较器来检测电容上的电压以确定输出电压的高低和放电开关管的通断,可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生电路。该器件的电源电压为4.5V-18V,驱动电流也较大,并能提供与ttl, MOS电路相兼容的逻辑电平。555定时器可以构成多谐振荡器。自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号图3-2所示为自激多谐振荡器电路和波形图。电路采用电阻、电容组成RC定时电路,用于设定脉冲的周期和宽度。调节RW或电容C,得到不同的时间常数;还可产生周期和脉宽可变的方波输出。脉冲宽度计算公式:Tw0.7 (R1+RW+R2) C 振荡周期计算公式:T0.7 (R1+RW+2R2) C经过计算可知R1 可为47k,R2为47k。图3-2 多谐震荡电路322译码显示电路的设计与分析 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时,相应字段就会被点亮。该设计中选用的是七段数码管如图3-3所示,为共阴极的,当电路正常工作时,数码管上会按照设计要求显示路灯持续工作的时间与工作的次数。3-3 半导体数码管计数器用来产生十进制计数,其输出信号加在译码器输入端,经译码后可在输出端产生所需的控制信号。本电路中译码驱动器采用74LS48。 74LS48具有锁存、译码、消隐功能,通常以反相器作输出级,通常用以驱动LED。各引脚的名称:其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D;5、4、3分别表示LE、BI、LT;13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入,右边表示输出,还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。74LS48引脚图如下: 图3-474LS48引脚图表3-1译码显示电路设计表 输 入 输 出 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 01110110000000消隐 01111000000000消隐 01111010000000消隐 01111100000000消隐 0111111000000消隐 111XXXX锁 存 锁存 323计数电路的设计与分析该部分用到了计数器74LS160共三个,第一个用于记录路灯亮的次数,为方便起见,使用一位数;第二和第三个用于累计灯亮的时间,使用十进制。异步清零端/MR1 为低电平时,不管时钟端CP信号状态如何,都可以完成清零功能。 160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时,在CP上升沿作用下,输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。对于54/74160,当CP由低至高跳变或跳变前,如果计数器控制端CEP、CET为高电平,则/PE应避免由低至高电平的跳变,而54/74LS160无此种限制。 160的计数是同步的,靠CP同时加在四个触发器上而实现的。 当CEP、CET均为高电平时,在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化,从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。 当计数溢出时,进位输出端(TC)输出一个高电平脉冲,其宽度为Q0的高电平部分。对于74LS160,在CP出现前,即使CEP、CET、/MR发生变化,电路的功能也不受影响。 74LS160外部管脚图 如图3-5所示:3-5 74LS160外部管脚图160外部管脚 引出端符号: TC进位输出端 CEP 计数控制端 Q0-Q3输出端 CET计数控制端 CP时钟输入端(上升沿有效) /MR异步清除输入端(低电平有效) /PE同步并行输入置数端(低电平有效) 74LS160内部电路图如图3-5所示3-6 74LS160内部电路图4. 电路的调试与分析41调试使用的仪器4.5V直流电压源、万用表 42电路的调试接上电源,三个数码管均显示0(一个是计数用的显示管,另两个作计时用),整个电路处于正常状态。(但未加分复位开关,第一个数码管不一定能复位为零。)在暗处开启开关,稍作等待之后,发光二极管亮,数码管开始计数以及计时;然后不遮住光敏电阻(即闭合此开关),发光二极管灭,同时数码管停止计数,按下复位开关,数码管显示变为零。5总结51设计体会课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节。回顾起此次课程设计,使我感慨颇多,自从拿到题目到完成整个设计,从理论到实践,在这短短的十几天里,可以说学到了很多很多的东西,不仅巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。以前虽然自己亲手焊接过电路板元件,但这次在动手的过程中仍出现过很多问题,手也被烫到过,当然最重要的是学到了很多以前没学到的东西。所以,这次的实践就像这个烙印一样会永远留在我的记忆里。在课程设计过程中,收获知识,提高能力的同时,我也学到了很多人生的哲理,懂得怎么样去制定计划,怎么样去实现这个计划,并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。因此在以后的生活和学习的过程中,我一定会把课程设计的精神带到生活中,不畏艰难,勇往直前!52改进提高这次的设计中缺少一个分复位开关,用于在路灯不工作时将计数数码管熄灭并归零。可以手调归零,但最好加一个复位开关。附录一 元器件清单表附-1 元器件清单名 称数 量名 称数 量5552电阻51,47各274LS160,74LS48各3电阻27,20各1共阴数码管3电容47nF,10uF各1二极管,开关各1电容10nF2电阻20028滑阻,光敏电阻各1图附-1 电路原理注:以上除了三个共阴极数码显示管以外,其他的器件引脚是连接电路过程中严格对应的引脚。为了让电路图更加直观而整齐,通过编辑其他的数码管来代替共阴数码管的原理图。所以在这里,数码管上的引脚并非真实引脚,只是一个形式化而已。故在焊接数码管时,一定要注意,不要按照图上引脚来焊接,而必须按照真实情况下共阴数码管的引脚来。15附录三 实物图 图附-2 实物图参 考 文 献【1】彭介华.电子技术课程设计指导.北京:高等教育出版社.

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