路灯控制器(共21页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上电子课程设计 路灯控制器 学 院：电子信息工程学院 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2014年12月专心-专注-专业目录一设计任务与要求2二总体框图2三选择器件3四功能模块13 4.1光电转换及信号鉴幅电路13 4.2多谐振荡电路（秒脉冲发生器）的设计15 4.3计时电路的设计16 4.4计数电路的设计165 总体设计电路图176 硬件仿真18七心得体会20路灯控制器一设计任务与要求安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日光灯亮度的变化而自动开启和关断，以满足行人的需求，又能节电。设计要求及技术指标1. 设计一个路灯自动照明的控制电路。当日光灯亮到一定程

2、度时使灯自动熄灭，而日光灯暗到一定程度时又能自动点亮。开启和关断的时间根据用户进行调节。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。3. 设计计数显示电路，统计路灯的开启次数。要求完成的任务1. 组装，调试电路，以满足设计要求。2. 画出完整电路图，写出设计实验报告。二总体框图 电路原理图如图2-1所示。信号鉴幅光电变换驱动电路路灯振荡电路计数译码开启时间显示计数译码开启次数显示图2-1 电路原理图设计思路1.要用日光灯亮度控制灯的开启和关断，首先必须检测出灯的亮度。可采用光敏晶体管，光敏电阻或光敏二极管等光敏元件做传感器得到信号，再通过信号鉴幅，取得上下限门槛值，用以实现对路

3、灯的开启和关断。在此次设计中为了方便起见，用滑动变阻器的阻值变化代替光敏元件的参数变化，并通过555施密特触发器的功能实现信号鉴幅。2.若将路灯开启的启动脉冲信号做计时起点，控制一个计数器对标准时基信号做计数，则可计算出路灯的开启时间，使计数器中总是保留着最后一次的开启时间。此次设计采用555多谐振荡器产生秒脉冲，并接到用74LS160组成的计数器的CLK端实现计时功能。3.将555施密特触发器的输出接到74LS161的CLK端，实现计数功能。4.采用74LS248译码器来译码。5.利用共阴七段数码管显示时间及次数。6.用发光二极管代替路灯。三选择器件 1.元器件清单 所需元器件清单如表3-1

4、所示。表3-1 元器件清单元器件名称数量/个元器件名称数量/个74LS1603电阻474LS1611滑动变阻器174LS2484电容3VCC6与非门1共阴七段数码管4非门1555定时器2发光二极管12. 器件功能介绍（1）集成同步计数器74LS160如图3-1所示，同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160具有异步清零端，它具有数据输入端A、B、C和D，同步置数端，异步清除端和计数控制端ENT和ENP，为方便级联，设置了进位输出端RCO。图3-1 74LS160逻辑符号图图3-2为74LS160的内部逻辑框图图3-2 74LS160内部逻辑框图 当异步清零端=0时异步清零，当置数端=0，=

5、1，CP脉冲上升沿时预置数。当=ENT=ENP=1时，电路工作在计数状态。当计数器计数值为9时，进位端RCO输出一个与端高电平部分相同宽度的高电平。表3-2为计数器74LS160的详细功能。表3-2 74LS160功能表输入工作模式清零置数使能时钟CLRLOADENTENPCLKLXXXX清零HLXX置数HHHH计数HHLXX保持（不变）HHXLX保持（不变） 74LS161的功能同74LS160，差别是74LS161为16进制计数器。（2）译码器74LS248 74LS248是BCD码到7段码的显示译码器，它可直接驱动共阴极数码管，图3-3为74LS248的引脚图。图3-3 74LS248引

6、脚图74LS248在使用时要注意以下几点：1 要求输入数字015时“灭灯输入端”BI必须开路或保持高电平。如果不要灭十进制的0，则“动态灭灯输入端”RBI必须开路或为高电平。2 当灭灯输入端BI接低电平时，不管其他输入为何种电平，所有各段输出均为低电平。3 当动态灭灯输入端RBI和D,C,B,A输入为低电平而灯测试端LT为高电平时，所有各段输出均为低电平，并且动态灭灯输出端RBO处于低电平。4 灭灯输入或动态灭灯输出端BI/RBO开路或保持高电平而灯测试端LT为低电平时，所有各段输出均为高电平（若接上显示器，则显示数字8，可利用这一点检查74LS248和显示器的好坏）。5 BI/RBO是线与逻

7、辑，既是灭灯输入端BI,也是动态灭灯输出端RBO。（3）非门74LS04 所用芯片74LS04是一个有六个反相器的芯片，其管脚图与逻辑框图如下图3-4（a）和3-4（b）所示。 图（a）74LS04管脚图 图(b) 74LS04逻辑框图 图3-4 仔细观察一下三极管组成的开关电路即可发现，当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反向关系，它实际上就是一个非门（亦称反向器）。在一些实用的反向器电路中，为了保证在输入低电平时三极管可靠地截止，常在三极管的基极连接一个电阻R和一个负电源VEE。由于接入了电阻R2和负电源VEE,即使输入的低电平信号稍大

8、于零，也能使三极管的基极为负电位，从而使三极管能可靠地截止，输出为高电平。当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电平接近于零。为此，电路参数的配合必须合适，保证提供给三极的基极电流大于深度饱和的基极电流。 表3-3为74LS04的逻辑功能表。 表3-3 74LS04的逻辑功能表1A 1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6Y010101010101101010101010逻辑功能描述如下：当输入端为低电平0时，输出端为高电平1；当输入端为低电平1时，输出端为高电平0；即输出端的电平与输入端的电平总是相反的。（4）与非门74LS00 2输入4输出与非门，74LS00 与

9、非门的功能表如表3-4所示。表3-4 74LS00 与非门的功能表输入输出ABY001011101110 74LS00与非门的管脚图如图3-5所示。图3-5 74LS00与非门的管脚图 74LS00与非门的内部结构图如图3-6所示。图3-6 74LS00与非门的内部结构图（5）共阴七段数码管发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、 磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。 分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光，有红、黄、绿等色。只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以

10、显示各种字形或符号。 LED数码管有共阳、共阴之分。图3-7(a)是共阴式LED数码管的原理图，图3-7(b)是其表示符号。使用时，公共阴极接地，7个阳极ag由相应的BCD七段译码器来驱动(控制)，如图3-7(c)所示。 图3-7 共阴式LED数码管的原理图（a）、表示符号(b)及驱动电路图(c) BCD七段译码器的输入是一位BCD码(以D、C、B、A表示)，输出是数码管各段的驱动信号(以F aF g表示)，也称47译码器。若用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高有效，即输出为高(1)时，相应显示段发光。例如，当输入8421码DCBA=0100时，应显示4，即要求同时点亮b、c、f、g段， 熄

11、灭a、d、e段，故译码器的输出应为F a到F g=，这也是一组代码，常称为段码。同理，根据组成09这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，如表3-5所示。 表3-5 8421BCD七段译码器的真值表BCD七段译码器就是根据上述原理组成的，只是为了使用方便，增加了一些辅助控制电路。这类集成译码器产品很多，类型各异，它们的输出结构也各不相同，因而使用时要予以注意。数字显示译码器的种类很多，现已有将计数器、锁存器、译码驱动电路集于一体的集成器件，还有连同数码显示器也集成在一起的电路可供选用。（6）定时器555定时器555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

12、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.定时器555逻辑框图如图3-8所示。图3-8 定时器555逻辑框图 定时器555逻辑符号图如图3-9所示。图3-9 定时器555逻辑符号 图3-10为定时器555内部结构图。图3-10 定时器555内部结构图 定时器555的逻辑功能表如表3-6所示。表3-6 定时器555的逻辑功能表阀值输入THR触发输入TRIG复位端输出端Q放电管DIS任意

13、值任意值00导通<(2/3)VCC<(1/3)VCC11截止>(2/3)VCC>(1/3)VCC10导通<(2/3)VCC>(1/3)VCC1不变不变 定时器555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的反相输出端电压为2VCC/3，A2的同相输出端电压为VCC/3，若触发器输入端TR的电压小雨VCC/3，则比较器A2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

14、0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。定时器555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，驱动电流比较大，并能提供与TTL，MOS电路相兼容的逻辑电平，定时器555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。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R或电容C得到不同的时间常数，还可产生周期和脉宽可变得方波输出。【脉冲宽度计算公式：T w=0.7（R1+R2）C，振动周期计算公式：T=0.7（R1+2

15、R2）C】四功能模块4.1光电转换及信号鉴幅电路用滑动变阻器的阻值变化作为光电信号的转换方式，调节滑动变阻器的阻值，来改变555施密特触发器的输入端，由施密特触发器的功能可知，当输入电压>2/3VCC或<1/3VCC时，输出电压会相应的跳变到高低电平，从而使发光二极管出现导通或关断状态，以此来体现夜晚或白天路灯（用发光二极管代替）的变化。图4-1和图4-2分别为发光二极管关断（白天）和导通（夜晚）的状态。图4-1发光二极管关断（白天）的状态图4-2发光二极管导通（夜晚）的状态4.2多谐振荡电路（秒脉冲发生器）的设计采用多谐振荡器来产生秒脉冲，接到计时电路的CLK端来计时。由T=(R

16、1+2R2)*C1来计算相应的参数值，多谐振荡器的VCC和RESET端接到施密特触发器的输出端，当施密特触发器输出高电平，即路灯亮时，多谐振荡器振荡产生秒脉冲计时。图4-3为多谐振荡器的连接图。图4-3 多谐振荡器的连接图图4-4为多谐振荡器输出波形图。图4-4 多谐振荡器输出波形图4.3计时电路的设计计时电路用了三个74LS160计数器实现，其中两个用来记秒，一个用来记分，两个记秒的计数器采用同步级联方式组成60进制来计数，用并从与非门74LS00处引一条线接一个非门74LS04到计分的CLK端来实现对分的计数。通过译码器译码到共阴七段数码管上显示。图4-5为计时电路的设计图。图4-5 计时

17、电路的设计为了使每次计时器上显示的都为当前一次路灯开启的时间，所以只要路灯一熄灭就要对计时器清零。可以将计时器上该接VCC的地方全部接到施密特触发器的输出端，只要输出端输出低电平，则计时器便清零。4.4计数电路的设计计数电路采用74LS161十六进制计数器来实现，计数器的CLK端接到施密特触发器的输出端，当输出端由低电平跳到高电平时（路灯亮一次），计数器记一次数。图4-6为计数电路的设计。图4-6 计数电路的设计五总体设计电路图接通电源，四个数码管均显示0，电路处于正常工作状态。滑动滑动变阻器的滑片，使发光二极管导通，此时计数器记1，计时器开始计时，当使发光二极管第二次导通时，计数器记为2，计

18、时器清零，并从0开始计时，计时器上显示的为当前一次路灯的开启时间。从仿真的情况来看，基本实现了本次课程设计的任务与要求。总体设计电路图如图5-1所示。图5-1 总体设计电路图六硬件仿真 在此次硬件仿真中，我验证了光电转换及信号鉴幅电路、多谐振荡电路（秒脉冲发生器）的设计模块，在硬件操作中，产生秒脉冲时，用仿真时的参数不能满足要求，必须重新调试参数来符合要求，而且用硬件实现时出现的效果没有仿真时的实验效果好，说明了仿真和实际操作之间还是有很多差别的。总之，本次实验现象基本达到了设计目的。硬件仿真图如图6-1，6-2所示。图6-1 硬件仿真图图6-2 硬件仿真图七心得体会在此次设计过程中,我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。这次课程设计使我意识到平时自己在理论与实践相结合方面下的功夫太少，所以在实践中会出现很多问题。比如在多谐振荡器产生秒脉冲的设计过程中，单用书上的公式计算根本不能满足需要，在参数调试了好多次后才达到较为理想的状态。所以我今后应该多将理论应用于实践。 另外，