专业课程设计一课程设计说明书自动循环调光灯电路的设计

1、目 录1 技术指标 .11.1 初始条件.11.2 技术要求.11.3 555 定时器.11.4 计数器 cd4017.21.5 74ls290.41.6 74ls139.42 设计方案及其比较 .52.1 方案一.52.2 方案二.62.3 方案三.62.4 方案比较.73 实现方案 .84 调试过程及结论 .95 心得体会 .96 参考文献 .10自动循环调光灯电路的设计1 技术指标1.1 初始条件直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具。1.2 技术要求设计一种自动循环调光灯电路，可以使灯在熄灭、微亮、较亮及最亮四种状态中不断地循环工作。要求灯光变化

2、的循环速度可以进行调节。1.3 555 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

3、制等方面。555 定时器的外引脚排列图和内部电路框图分别如图 1.1 和图 1.2 所示。图 1.1 555 引脚图管脚分布及供能：2低电平触发输入端 tri。该端低于 vcc/3（或 vco/2）时，输出 q 为高电平； 3输出端 out； 4复位端 rst。rst=0 时，q=0； 5控制电压输入端 con； 6高电平触发端 thr。该端电平高于 2vco（或 vco）时，输出 q 为低电平； 7放电端 dis； 8电源 vcc。图 1.2 555 内部电路框图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

4、和（2 vcc）/3。1.4 计数器 cd4017十进制计数器 cd4017 其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是 o0、o1、.、o9 依次出现与始终同步的高电平，宽度等于时钟周期。引脚图如图 1.3:图 1.3 cd 4017 引脚图其引脚功能如下： 1 脚(y5)，第 5 输出端； 2 脚(y1)，第 1 输出端； 3 脚(y0)，第 0 输出端，电路清零时，该端为高电平； 4 脚(y2)，第 2 输出端； 5 脚(y6)第 6 输出端； 6 脚(y7)，第 7 输出端； 7 脚(y3)，第 3 输出端； 8 脚(vss)电源负端； 9 脚(

5、y8)，第 8 输出端； 10 脚(y4)第 4 输出端； 11 脚(y9)第 9 输出端； 12 脚(co)，级联进位输出端，每输入 10 个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。 13 脚(en)，时钟输入端，脉冲下降沿有效； 14 脚(cp)，时钟输入端脉冲上升沿有效； 15 脚(cr)，清零输入端，在“r”端加高电平或正脉冲时，cd4017 计数器中各计数单元输出低电平“0” ，在译码器中只有对应“0”状态的输出端 y0 为高电平； 16 脚(vdd)，电源正端318v 直流电压。1.5 74ls290 74ls290 是一个异步十进制计数器。

6、其引脚图如图 1.4，其供能表如表 1图 1.4 74ls290 引脚图表 1 74ls290 功能表1.6 74ls139 74ls139 为 2 线-4 线译码器，输出信号低电平有效。其引脚图和功能表如图1.5 和表 2 所示。 图 1.5 74ls139 引脚图表 2 74ls139 功能表2 设计方案及其比较 2.1 方案一方案一设计电路如图 2.1:图 2.1 方案一电路图电路工作原理如下：如图 2.1，将 555 定时器的 2 和 6 并联连接后作为电路的输入端，就构成了施密特触发器，此时这两段的输入信号电压相同。当电路接入电源时，555 触发，产生的脉冲从 3 脚输出经电容 c2

7、 稳定后接入cd4017 计数器，使其被触发工作，这时，依次会从 y0y9 依次输出高电平，但当 y4与清零端 cr 相连接后，当 y4 输出高电平时，计数器被清零，从头开始计数，因此，在 y1y3 这三个脚上依次接上 47k,20k,10k 的电阻并将这三个脚同时接入一个发光二极管， ，发光二极管会依次出现熄灭，微亮，较亮，最亮四个状态。因为脉冲频率 f=1.43/(r1+r2)/c1,故改变滑变电阻器的阻值即可改变 r1 和 r2的阻值比，这样即可改变发光二极管闪烁的频率。2.2 方案二方案二设计电路如图 2.2：图 2.2 方案二路图电路工作原理如下：555 触发器产生的脉冲使芯片 74

8、ls290 工作，从零开始计数，将 qa,qb 接入译码器 74ls139，译码器 74ls139 为低电平输出有效，故通过非门后，低电平变为高电平，此时，若接上小灯泡，则灯即可亮。图中，若电阻分压太大，使灯泡两端电压过小，这时三极管两端电压大于 0.7v，则三极管导通，灯亮；若分压电阻分压很小，小灯泡两端压差很小（小于 0.7v） ，则这时三极管截至，灯就不会亮。由此，将分压电阻逐个减小，就可使灯泡两端电压由零增大，是灯泡依次出现熄灭，微亮，较亮，最亮四种状态。改变滑变电阻器的阻值即可改变 r1 和 r2 的阻值比，这样即可改变小灯泡闪烁的频率。2.3 方案三方案三设计电路如图 2.3：图

9、2.3 方案三电路图电路工作原理如下：如图 2.3，非门 1，2 组成多谐振荡电路。电源接通后 g2 阻断电压为高电平，右边为低电平，低电平经过 c2 进入芯片 cd4017。此时电容 c1 不导通，高电平通过 rp，r2 至 g1 左端，这时 g1 右端为低电平，g2 左端为低电平，右端为高电平，对 c1进行充电，此时通过 c2 进入芯片 cd4017 的是低电平，当 c1 充电完毕后，接着放电，这时高电平通过 c2 进入 cd4017，而 g2 左端的低电平通过 rp,r2 到达 g1 左端，是其右端变为高电平，之后 g2 右端呈低电平，通过 c2 进入芯片 cd4017，如此循环即产生了

10、时钟脉冲信号，再作用于芯片 cd4017。之后原理与方案二一样。改变滑变电阻器的阻值即可以改变脉冲频率。2.4 方案比较以上三个方案中：方案一与实现方案最接近，理论上是最简单的电路。但实验时还要考虑实际情况和芯片工作环境，芯片 cd4017 输出端接电阻处直接接灯泡，由于 cd4017 输出端高电平为整个电路电源电压，若电阻分压不够，或是电源电压偏高，会导致灯泡烧掉这样使灯两边电压直接变化，对等的寿命也有影响。方案二则是运用本学期学的书本上我们熟知的计数器 74ls290 和译码器 74ls139来代替方案一中的 cd4017，原理简单且熟练， ，但因为译码器 74ls139 是低电平输出有效

11、，故要使灯亮就得将低电平转换成高电平，因此会用到多个非门，实际操作中不方便。方案三将 555 信号发生器改用非门构成的信号发生器，整体原理和方案一差不多，同时也克服了方案一的不足，但发生器部分实物连线很麻烦，为布线和调试带来不方便。因此，考虑多方面因素，实现方案采用 555 发生器和 cd4017 计数器。3 实现方案实现方案设计电路如图 3.1：图 3.1 实现方案电路图电路工作原理如下： 如图 3.1，将 555 定时器的 2 和 6 并联连接后作为电路的输入端，就构成了施密特触发器，此时这两段的输入信号电压相同。当电路接入电源时，555 触发，产生的脉冲从 7 脚（y3）输出经电容 c2

12、 稳定后接入 cd4017 计数器，使其被触发工作，这时，依次会从 y0y9 依次输出高电平，但当 y4 与清零端 cr 相连接后，当 y4 输出高电平时，计数器被清零，从头开始计数。接于 q1,q2,q3 之后的二极管和电阻均是起分压作用。图中，若电阻分压太大，使灯泡两端电压过小，这时三极管两端电压大于 0.7v，则三极管导通，灯亮；若分压电阻分压很小，小灯泡两端压差很小（小于 0.7v） ，则这时三极管截至，灯就不会亮。由此，将分压电阻按 47k,20k,10k 逐渐减小，就可使灯泡两端电压由零增大，是灯泡依次出现熄灭，微亮，较亮，最亮四种状态。 改变滑变电阻器的阻值即可改变 r1 和（r

13、2+rp）的阻值比（这里的 rp 指的是滑变电阻器有效的那部分） ，这样即可改变小灯泡闪烁的频率。各部件功能：（一） 、555 定时器将 555 定时器的 2 和 6 并联连接后作为电路的输入端，就构成了施密特触发器，此时这两段的输入信号电压相同。在 r1：（r2+rp)2:1 时，555 内部三级管导通，555 从 3 脚输出低电平；当 1: 2 r1：（r2+rp)2:1 时，555 内部三极管截止，3 脚输出高电平。（二） 、计数器 cd4017十进制计数器 cd4017 其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是 o0、o1、.、o9 依次出现与

14、始终同步的高电平，宽度等于时钟周期。（三） 、vt9013当基极和射极间电压超过 0.7v 时，晶体管导通，这时即可放大电流；当基极和射极间电压小于 0.7v 时，晶体管截止，此时不能起到放大电流的作用。（四） 、电容 c1 的作用是滤波并避免干扰从而稳定电路；电容 c2 的作用是滤波并避免干扰从而使脉冲更稳定，以免信号失真。4 调试过程及结论调试过程中，无论怎样都少一个状态，一遍遍的从头检查电路板并分析其中的关系，才发现在接电路时 cd4017 输出端应接 q1,q2,q3,q4,而我接成了q0,q1,q2,q3，致使在 r 清零时灯就亮了，因此总是只有三个状态在闪烁。另外，若是三个电阻搭配

15、不合理，状态也会缺失，如我之前电阻用的是 100k,47k 和 0.3k 的，那样电阻跨度太大，致使灯泡亮度太大，又由于视觉暂停效果，等的闪烁会有紊乱的现象。要检查输出状态是否正确，可用示波器测试 cd4017 各输出端的波形，即使有的状态用肉眼看不出来（比如本实验中的微量状态登几乎没发光） ，因此有时候除了观察实验现象外，还应结合理论数据。5 心得体会 从原来的羡慕别人假期有事可做，到听说我们也要做课程设计是的兴奋，到看到题目刹那间的心慌，到自己的认真准备，到答辩时的紧张，到调试时的反复，到写报告时的忙乱，到完成后的满足，虽然前后一共只有半个月的时间，期间还得分出精力准备期末考试，但这段时间

16、过的很充实。 以为不会很难，但看到任务书时才发现不是很简单，因为不是简单的只是一种方法就行了，而是要多种方法。可是如果只是一种方法，又如何叫做真正的设计，如何起到真正要的效果？ 查资料，设计方案，布线，调试，写报告一步一步认真的走下来，自己受益匪浅。不再是面对庞大的 internet 无从下手，同时也会好的利用了一次图书馆面对图书馆的“五花八门”的书要找到自己想要的那一点点相关东西，还真不容易。设计方案更是全部是自己根据自己的理解设计出来的，虽然很简单，但也是自己的劳动成果。布线和调试是实验中最重要，也是最麻烦的环节。好不容易布线完了，好不容易找到电源了，可是结果就是出不来，这时就需要足够的耐心和细心。 “历经艰辛”终于找到“罪魁祸首”是的激动和兴奋是无以言表的。 通过这次课程设计，发现自己不只在知识有欠缺，自己再遇事态度和处理上都很是迟钝，很难静下心来。一直以来，理论课有老师督促，考试鞭策，平时实验也有老师指导，而这次原原本本都要自己独立完成。我一直是个不大自信的人，只要不是我非常擅长的东西，即使我觉得是对的，也没勇气去大声赞同自己，原来，遇到这种情况的时候，往往会向同学求证。但这次，我告诉自己既然是要独立完成，就要做到真的独立。所以设计出方