数电课程设计-循环彩灯控制器.doc

课 程 设 计课程名称 电气与信息工程系课程设计 课题名称 循环彩灯控制器 专 业 电气工程及其自动化 班 级 0983 学 号 200913010308 姓 名 张骞 指导教师 龚军辉 2011年 11月 17日课 程 设 计 任 务 书1. 设计题目： 循环彩灯控制器2. 实验目的： 通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。3.主要内容：(1)共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求按一定顺序和时间关系运行。(2)动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。(3)对各组灯的控制，要求有驱动电路。(4)对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮每一组，利用视觉暂停，达到跑动的效果。(5)系统要求仿真实验4.设计要求：(1) 、设计出电路设计思路清晰，给出整体电路框图和总电路图；(2)、焊接，调试好单片机开发电路板；(3)、单元电路设计。给出具体设计思路和电路；(4)、安装、调试程序，系统；(5)、写出实习报告；5.进度安排：星期一：课题内容介绍和查找资料；星期二-三：总体电路设计和分电路设计，仿真电路；星期四：安装、调试电路，验收电路；星期五：写设计报告，打印相关图纸，答辩。 6.所需元件和原件结构图 红、黄、绿小灯泡各9个。两个555多谐振荡器。两个4017芯片。4066BP芯片。74LS76芯片等 目 录一课程设计任务书1. 设计题目 12. 实验目的 13. 主要内容 14. 设计要求 15. 进度安排 16. 所需元件和原件结构图 2二 循环彩灯设计概述1. 设计思路 42. 单元电路设计与参数计算 43. 各单元的详细原理、电路图和仿真状态 6三总原理图及工作过程 1. 总原理图 11 2. 电路完整工作过程 12四 安装与调试 13五 结论与心的 13六 参考文献 14七. 评分表 15 二循环彩灯设计概述 1. 设计思路因为要使先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次，以此循环。根据此要求电路总体上可以分为三部分：一部分电路为控制0.5s的跑动。一部分电路为控制5s的跑动。一部分电路为实现这两种跑动的循环。因此可以选用一个周期为0.5秒的555多谐振荡器和一个周期为5秒的555多谐振荡器，用来控制跑动的速度，再选两个4017芯片，因为4017芯片在正常工作下，连续送入时钟脉冲时，其十个输出端会依次输出高电平。这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动，用一个4017芯片来点亮5s的跑动。选用一个JK触发器和模拟开关4066芯片来实现循环功能，即用JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭。2 .单元电路设计与参数计算 在整个电路中，其主要的组成部分有：将555多谐振荡器和4017芯片组成的 3个一组0.5s依次跑动的电路：555多谐振荡器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s的电路：4066和74LS76组成的一个循环电路：3各单元的详细原理、电路图和仿真状态第一部分电路：实现3个一组红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次跑动一次的电路，电路如下图：要控制任务中的9组灯，可用一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端口，而每3个一组的灯都接一个4017的输出端口。要控制指灯不断的跑动，可将电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端依次为高电平。第二部分电路：用来实现全部9个一组红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。电路如下图：要控制任务中的3组灯，要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端，而每9个一组的灯都接一个4017的输出端（共接三个）。要控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环，就要使电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03）依次为高电平。1：用来实现两种的跑动不断循第三部分电路环。电路图：要电路实现交替循环工作，就要使第一部分的电路工作时第二部分电路就不工作。而第二部分电路工作时第一部分电路就不工作。所以该电路可用一个4066BP芯片和一个74LS76N芯片来现实。4066BP芯片为模拟开关芯片，它集成了四个模拟开关（在此用到两个），每个模拟开关有2个端子，一个为控制端，主要接高电平或低电平，其佘两个端子为输入输出端。当控制接高电平时，开关接通，控制端接低电平时开关断开。74LS76N芯片为集成JK触发器。在此电路中触发器的J ，K 和清零端都接高电平。这样每给触发器一个触发边沿其输出端就翻转一次。Q端接4066BP的一个开关的控制端。Q非接4066BP的另一个开关的控制端。这样可以使4066BP用到的两个开关一个接通时而另一个就断开。而触发器的脉冲输入端接第一部分电路中的4017的第十（09）输出端口和第二部分电路中的4017的03输出端口的或门的结果。而4066模拟开关用到的两个开关的输入端接12V直流电源，其一个开关的输出端接第一部分电路中的555多谐振荡器电源端，别一个开关输出端接第二部分电路中的555多谐振荡器的电源端！这样就实现了即可实现交替循环工作！ 三总原理图及工作过程1总原理图2电路完整工作过程 电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不断的给控制着3组灯的4017芯片送去脉冲，从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。接到高电平的组灯就会发光。这样就实现先红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次0.5s跑动。当最后的绿灯亮完后，即第一部分的单元电路中的4017的第十个输出端输出高电平时，这就给74LS76触发器送去一个脉冲，于是触发器的Q端就翻转输出低电平使4066模拟开关的一个开关变为断开，从而使第一部分的电路处于不工作状态。而触发器的Q非端同时了输出一个高电平使4066的另一个开关导通，这时第二部分的电路开始运行。这样就使全部红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。而当绿灯全部亮完后，这时第二部分的4017的第四个输出端输出高电平，也给触发器送去一个脉冲。于Q端和Q非端翻转。这样第二部分的4066的模拟开关断开，控制第二部分的模拟开关断开使第二部分的电路不工作，而控制着第一部分的4066模拟开关导通，使第一部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。如此实现了3个一组先红灯，后黄灯，再绿灯0.5s依次跑动，让后再9个一组，先红灯，后黄灯，再绿灯持续亮5s.如此循环下去。四安装与调试 1、按照电路图进行接线，按照单元电路设计中的方法连接好每一块电路，然后把每一块接在一起。对每单元电路进行调试，在对每部分电路进行调试时仿真状态跟设计和预想的一样，没什么大问题。2、把各单元电路接在一起调试时，3个一组隔0.5s跑动亮的正常，不过9个一组的持续5s的出现错误，就是0.5s和5s的两个功能电路都一起工作，达不到要设计的要求。3、把0.5s跑动单元电路中的4017芯片的第十个输出端口和持续亮5s的单元电路中的4017芯片的第四个输出端口用一个或门连起来后就能正常工作了。不过，持续亮5s的功能中，亮黄跟绿灯时会有三个红灯也一起亮的(问题解决不了)。不过总体的功能跟效果还是达到要求。五. 结论与心得在整个设计过程中，我通过网络查阅大量有关资料，向同学请教和自学等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。刚开始甚至连如何控制电路使其按一定的时间跑动都不知道，但是，通过在网上的查阅，我知道了只要选择特定时间的555多谐振荡器和4017芯片组成起来便可。本次所用的芯片大部分都是基础的，不过有个别的不怎么了解，不过通过此次课程设计，我对这些未曾接触过的芯片都有一定的认识，对其功能也有一定的了解，比如4066，4017。这次的课程设计是我更加熟悉芯片的功能跟用法，让我更好的运用逻辑门，使我所学的知识得到巩固。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次设计的最大收获和财富，使我终身受益。六 参考文献1.电子技术基础 康华光 主编 高等教育出版社；2电子技术基础实验、设计与仿真 贾更新编著 郑州