彩灯双向循环电子技术课程设计实验报告

1、安徽农业大学经济技术学院电子技术课程设计报告书课题名称一种多种波形发生器设计姓名汪亦嘉学号150103233院、系、部机械工程系专 业机械设计制造及其自动化指导教师李 琰2017年6月13日i一、设计任务及要求:1、用中规模计数器设计双向流动彩灯控制器。2、要求彩灯双向流动点亮，其闪烁频率在 110hz内可调。3、要求用555定时器设计时钟脉冲，五路彩灯采用五个发光二极管代替 设计要求4、双向流动彩灯控制器的直流稳压电源要求自行设计。5、在选择器件时，应考虑成本。6、根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。7、画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。指导教师签名：2017年6月

2、日二、指导教师评语:指导教师签名：2017年6月 日10二、成绩指导教师签名：2017年6月 日、设计目的1、对模拟电子技术的的直流电源中的整流、滤波、稳压等环节加深印象。2、了解直流电源各部分的结构。3、力口深对于555定时器的内部结构的理解。4、将74ls161改为十六进制以内的任一进制计数器。5、mulsitim电路仿真软件应用灵活。二、方案论证设计一个双向彩灯控制器，控制五路彩灯。方案一：以555定时器为基础连接成多谐振荡器产生周期在 110hz矩形时钟脉 冲，用以启动74ls161计数器。并用74ls161构成八进制加法计数器通过 74ls138 译码器输出给五个彩灯，实现双向循环。

3、方案一原理框图如图 1所示。多谐振荡器一八进制加法计数器 一 译码器 一 彩灯图1双向彩灯控制器方案一的原理框图方案二：与方案一的第一部分原理相同同样采用555定时器构成多谐振荡器，用来产生110hz的周期矩形时钟脉冲，启动计数器。第二部分采用四进制加法计数器 和四进制减法计数器结合实现循环，第三部分同样采用74ls138译码器输出给五路彩灯，实现循环。方案二原理框图如图 2所示。四进制加法计数器多谐振荡器四进制减法计数器图2双向彩灯控制器方案二的原理框图最终本设计采用的是方案一，只采用一个八进制加法计数器，循环简单方便，仅 需一次循环就可实现五路彩灯双向流动。在考虑成本的条件下，节省器件。所

4、以方案 一更加合适。三、电路设计1 .直流稳压电源电路直流稳压电源电路包括四个部分，单项交流电经过电源变压器、整流电路、滤波 电路和稳压电路转化成稳定的直流电源。输入电压为 220v电压，需要通过电源变压 器降压后再对交流电压进行处理。变压器副边电压通过整流电路从交流电转化为直流 电压。整流后的电压含有较大的交流分量会影响电路的正常工作，因而为减小电压的 脉动，需要通过低通滤波器，使输出电压平滑。滤波后的电压变为交流分量较小的直 流电压。最后通过稳压电路使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响， 从而获得足够高的稳定性的直流电压。其方框图原理图如图3和图4所示。正弦波电源变压器f整流

5、电路f 滤波电路稳压电路图3直流稳压电源电路方框图u1图4 电路原理图2 .多谐振荡器电路多谐振荡电路由555定时器连接而成，555定时器是一种常用的定时器集成电路 芯片。它有两个比较器c1和c2,每个比较器的一个输入端接到三个 r电阻组成的分 压器上，输出分别接sr锁存器输入端。555集成电路的输出级为推拉式结构，此外芯片内部还有一个集电极开路的放电晶体管 td。工作原理为： r'd=0 时，vo=0, td 导通。 r'd=1、 uth>2vcc/3、 utr'>vcc/3 时,vo=0, td 饱和导通。 r'd=1、uth<2vcc/3

6、、utr'>vcc/3 时，q'、q 不变，vo 不变，td 状态不 变。 r'd=1、uth<2vcc/3、utr'<vcc/3 时，q'=0、q=1, vo=1, td 截止。 r'd=1、uth>2vcc/3、utr'<vcc/3 时，q'=q=1, vo=1, td 截止。将555定时器的vi1和vi2连在一起，然后将v0经rc积分电路接回输入端就构 成多谐振荡器。接通 vcc后，vcc经r1、r2和r3对电容c3充电。当vc上升到 2vcc/3时，uc=0, t导通，c通过r2和t放电，uc

7、下降。当uc下降到vcc/3时， uo又由0变为1, t截止，vcc又经r1、r2和r3对c3充电。如此重复上述过程, 在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。两个暂稳态维持时间t1和t2分别可通过rc电路过渡过程公式来进行计算:t1=0.7(r1+r2+r3)ct2=0.7r3ct=t1+t2=0.7(r1+r2+2r3)所以当频率在170hz时，周期为0.11hz,所以选择c=5f r1=300k的滑动变阻 器 r2=r3=10k当滑动变阻器r1在最左端时，r1=0t=0.7x(10k+2x10k) x4.8f=0.1008当滑动变阻器r1调到最右端时，r1=300kt=0.7x (300k+1

8、0k+210k) x 4.8 f=1.1088555定时器的原理图，引脚排列图和多谐振荡器原理图如图5、图6和图7所示(图5 555定时器原理图rd - 45一 %一放鞠5yco图6 555定时器引脚排列图vcc5.0v图7多谐振荡器电路原理图555定时器引脚功能为脚1接地端gnd脚2触发器输入端tr'脚3输出端out脚4复位端r'd脚5控制电压输入端 vco脚6阈值输入端th脚7放电端disc脚8电源端vcc3 .八进制加法计数器电路74ls161为十六进制异步清零计数器，当 rd'=0时所有触发器将同时被置零，而 且置零操作不受其它输入端状态的影响。当rd,=1、l

9、d'=0时，电路工作在同步预置数状态。通过clk时钟脉冲进行触发，每一次脉冲到达时，将本d0 di d2 d3中存储的数在q0 qi q2 q3端输出。将其连接为八进制计数器实现从 00000111八位循 环，当每一次时钟脉冲到来时进行计数。然后通过译码器实现输出控制彩灯，使 0000 控制 led1,0001 和 0111 控制 led2,0010 和 0110 控制 led3,0011 和 0101 控制 led4 , 0100控制led5,由此实现五路双向流动。74ls161弓i脚排歹图、状态转换图、电路 原理和逻辑功能表如图8、图9图10和表一所示ice c g “1 o2 0

10、3 et ldrq :讣16 15 1413 12 11 1u 9y74(ls)16112345678tttttttt即'clk dn du % da ep gat)图8 74ls161引脚排列图图9八进制加法计数器状态转换图vcc图10由74ls161构成八进制计数器电路图表1 74ls161逻辑功能表clkrd'ld 'epet工作状态x0xxx异步置数t10xx同步预数置x1101保持x11x0保持t1111计数4 .译码显示电路a2、a1、a0为二进制译码输入端，y1' y7'为译码输出端（低电平有效）， s1、s2'、s3'为选

11、通控制端。当s1=1、s2' +s3' =0时，gs输出高电平（s=1）。译 码器处于工作状态，输出有效的低电平。当y0'输出有效低电平时，其他引脚输出无效高电平然后通过非门使 led1导通，y7'控制led5方式与led1相同。yi'和y2' 通过与非门控制led2,当其中一端输出有效低电平时，led2被点亮，led3、led4 控制方式与此相同，当y0'y7'依次输出有效低电平时，五路 led彩灯依次被点亮， 实现双向流动。74ls138弓i脚排歹1图、逻辑功能表和电路原理图如图11、图12和表2所示vcc n ii 八八 y

12、 y616151413121110974l 5 3 si z- gndr9100-l图11 74ls138引脚排列图图12 由74ls138和led构成的译码显示电路原理图表2 74ls138逻辑功能表输入输出sa/】 a。鹏 y1, y y y y； v70xxxx11111111x1xxx11111111100 0 00 1111111100 0 110111111100 1 0110 11111100 1 11101111101 0 011110101 0 111111011101 1 011111101101 1 111 i 1110四、性能的测试1.直流电源

13、性能测试直流电源电路图测试及仿真结果图如图 13图和图14所示u1图13直流电源电路图力比表xmm 1a v | | q j0 图14 直流电源仿真结果图（1）11图14 直流电源仿真结果图（2）2.多谐振荡电路测试调节滑动变阻器，多谐振荡器可输出频率在 试电路及仿真结果如图15、图16所示110hz范围可调的周期矩形波，测ii4.b|7冰收图15多谐振荡器测试电路18图16多谐振荡器仿真结果3.电路整体性能测试彩灯双向流动仿真结果如图17,、图18、图19、图20和图21所示,反向流动仿真 结果如图21到图17所示。图17 led1被点亮图18 led2被点亮图19 led3被点亮图20 l

14、ed4被点亮图21 led5被点亮五、结论利用mulsitim13.0软件进行仿真测试，频率满足 110hz范围内可调，且彩灯 满足双向循环。所以设计满足要求。六、课设电路体会及合理化建议在本次课程设计中，共有直流稳压电源，多谐振荡器，八进制加法计数器，三输 入八输出译码器四个主要模块，包括模拟电子技术，数字电子技术的知识。在直流稳 压电路的设计过程中，我对模拟电子技术的的直流电源中的整流、滤波、稳压等环节 又重新复习了一遍，温故而知新，这次学习不仅仅是了解直流电源各部分的结构，而 是自己动手设计一个电源，所以印象更加深刻；多谐振荡器环节是利用555定时器连接而成，通过调节电阻大小控制周期与频

15、率，对于555定时器的内部结构有了更深的理解；74ls161为十六进制计数器，在学习中我对它的使用更加得心应手，知道如何 将其改为十六进制以内的任一进制计数器；在仿真过程中，彩灯点亮的那一刻，我无 比兴奋。我们以前的学习都是通过书本理解，只有在实践中才能真正理解知识。在本 次课程设计中，我收获了许多知识，对 mulsitim电路仿真软件应用起来也更加灵活。 不仅对于临近考试的我们有很大帮助，对于以后的学习与研究也受益匪浅。参考文献1阎石主编.数字电子技术.m北京：高等教育出版社，2006年2陈振官等编著.新颖高效声光报警器.m北京：国防工业出版社，2005年3童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础.m北京：高等教育出版社，2006年4董玉冰主编.multisim在电工电子技术中的应用.m北京：清华大学出版社，20085高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.m北京：电子工业出版社，2005年附录i总电路图u1附录ii元器件清单在舁 厅p编号名称型号数量1v1交流电源220v12t1变压器1