《專業(yè)課程設(shè)計（一）》課程設(shè)計說明書自動循環(huán)調(diào)光燈電路的設(shè)計

1、目 錄1 技術(shù)指標(biāo) .11.1 初始條件.11.2 技術(shù)要求.11.3 555 定時器.11.4 計數(shù)器 cd4017.21.5 74ls290.41.6 74ls139.42 設(shè)計方案及其比較 .52.1 方案一.52.2 方案二.62.3 方案三.62.4 方案比較.73 實現(xiàn)方案 .84 調(diào)試過程及結(jié)論 .95 心得體會 .96 參考文獻(xiàn) .10武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 1自動循環(huán)調(diào)光燈電路的設(shè)計1 技術(shù)指標(biāo)1.1 初始條件直流可調(diào)穩(wěn)壓電源一臺、萬用表一塊、面包板一塊、元器件若干、剪刀、鑷子等必備工具。1.2 技術(shù)要求設(shè)計一種自動循環(huán)調(diào)光燈電路，可以使燈在熄滅、微亮

2、、較亮及最亮四種狀態(tài)中不斷地循環(huán)工作。要求燈光變化的循環(huán)速度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。1.3 555 定時器555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 cmos 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5v16v 工作，7555 可在 318v 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200ma，因而其輸出可與 ttl、cmos 或者模擬電路電平兼容。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定

3、時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的外引腳排列圖和內(nèi)部電路框圖分別如圖 1.1 和圖 1.2 所示。武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 2圖 1.1 555 引腳圖管腳分布及供能：2低電平觸發(fā)輸入端 tri。該端低于 vcc/3（或 vco/2）時，輸出 q 為高電平； 3輸出端 out； 4復(fù)位端 rst。rst=0 時，q=0； 5控制電壓輸入端 con； 6高電平觸發(fā)端 thr。該端電平高于 2vco（或 vco）時，輸出 q 為低電平； 7放電端 dis； 8電源 vcc。圖 1.2 555 內(nèi)部電路框圖它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個

4、等值串聯(lián)電阻，一個 rs 觸發(fā)器，一個放電管 t 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓 vcc / 3 和（2 vcc）/3。1.4 計數(shù)器 cd4017十進(jìn)制計數(shù)器 cd4017 其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 3對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是 o0、o1、.、o9 依次出現(xiàn)與始終同步的高電平，寬度等于時鐘周期。引腳圖如圖 1.3:圖 1.3 cd 4017 引腳圖其引腳功能如下： 1 腳(y5)，第 5 輸出端； 2 腳(y1)，第 1 輸出端； 3 腳(y0)，第 0 輸出端，電路清零時，該端為高電平； 4 腳(y2)，第

5、2 輸出端； 5 腳(y6)第 6 輸出端； 6 腳(y7)，第 7 輸出端； 7 腳(y3)，第 3 輸出端； 8 腳(vss)電源負(fù)端； 9 腳(y8)，第 8 輸出端； 10 腳(y4)第 4 輸出端； 11 腳(y9)第 9 輸出端； 12 腳(co)，級聯(lián)進(jìn)位輸出端，每輸入 10 個時鐘脈沖，就可得一個進(jìn)位輸出脈沖，因此進(jìn)位輸出信號可作為下一級計數(shù)器的時鐘信號。 13 腳(en)，時鐘輸入端，脈沖下降沿有效； 14 腳(cp)，時鐘輸入端脈沖上升沿有效； 武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 415 腳(cr)，清零輸入端，在“r”端加高電平或正脈沖時，cd4017 計數(shù)器

6、中各計數(shù)單元輸出低電平“0” ，在譯碼器中只有對應(yīng)“0”狀態(tài)的輸出端 y0 為高電平； 16 腳(vdd)，電源正端318v 直流電壓。1.5 74ls290 74ls290 是一個異步十進(jìn)制計數(shù)器。其引腳圖如圖 1.4，其供能表如表 1圖 1.4 74ls290 引腳圖表 1 74ls290 功能表1.6 74ls139 74ls139 為 2 線-4 線譯碼器，輸出信號低電平有效。其引腳圖和功能表如圖1.5 和表 2 所示。 武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 5圖 1.5 74ls139 引腳圖表 2 74ls139 功能表2 設(shè)計方案及其比較 2.1 方案一方案一設(shè)計電路如

7、圖 2.1:圖 2.1 方案一電路圖電路工作原理如下：如圖 2.1，將 555 定時器的 2 和 6 并聯(lián)連接后作為電路的輸入端，就構(gòu)成了施密特觸發(fā)器，此時這兩段的輸入信號電壓相同。當(dāng)電路接入電源時，555 觸發(fā)，產(chǎn)生的脈沖從 3 腳輸出經(jīng)電容 c2 穩(wěn)定后接入cd4017 計數(shù)器，使其被觸發(fā)工作，這時，依次會從 y0y9 依次輸出高電平，但當(dāng) y4與清零端 cr 相連接后，當(dāng) y4 輸出高電平時，計數(shù)器被清零，從頭開始計數(shù)，因此，在 y1y3 這三個腳上依次接上 47k,20k,10k 的電阻并將這三個腳同時接入一個發(fā)光二極管， ，發(fā)光二極管會依次出現(xiàn)熄滅，微亮，較亮，最亮四個狀態(tài)。因為脈沖

8、頻率 f=1.43/(r1+r2)/c1,故改變滑變電阻器的阻值即可改變 r1 和 r2武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 6的阻值比，這樣即可改變發(fā)光二極管閃爍的頻率。武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 72.2 方案二方案二設(shè)計電路如圖 2.2：圖 2.2 方案二路圖電路工作原理如下：555 觸發(fā)器產(chǎn)生的脈沖使芯片 74ls290 工作，從零開始計數(shù)，將 qa,qb 接入譯碼器 74ls139，譯碼器 74ls139 為低電平輸出有效，故通過非門后，低電平變?yōu)楦唠娖剑藭r，若接上小燈泡，則燈即可亮。圖中，若電阻分壓太大，使燈泡兩端電壓過小，這時三極管兩端電壓大于 0

9、.7v，則三極管導(dǎo)通，燈亮；若分壓電阻分壓很小，小燈泡兩端壓差很?。ㄐ∮?0.7v） ，則這時三極管截至，燈就不會亮。由此，將分壓電阻逐個減小，就可使燈泡兩端電壓由零增大，是燈泡依次出現(xiàn)熄滅，微亮，較亮，最亮四種狀態(tài)。改變滑變電阻器的阻值即可改變 r1 和 r2 的阻值比，這樣即可改變小燈泡閃爍的頻率。2.3 方案三方案三設(shè)計電路如圖 2.3：圖 2.3 方案三電路圖武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 8電路工作原理如下：如圖 2.3，非門 1，2 組成多諧振蕩電路。電源接通后 g2 阻斷電壓為高電平，右邊為低電平，低電平經(jīng)過 c2 進(jìn)入芯片 cd4017。此時電容 c1 不導(dǎo)通，

10、高電平通過 rp，r2 至 g1 左端，這時 g1 右端為低電平，g2 左端為低電平，右端為高電平，對 c1進(jìn)行充電，此時通過 c2 進(jìn)入芯片 cd4017 的是低電平，當(dāng) c1 充電完畢后，接著放電，這時高電平通過 c2 進(jìn)入 cd4017，而 g2 左端的低電平通過 rp,r2 到達(dá) g1 左端，是其右端變?yōu)楦唠娖?，之?g2 右端呈低電平，通過 c2 進(jìn)入芯片 cd4017，如此循環(huán)即產(chǎn)生了時鐘脈沖信號，再作用于芯片 cd4017。之后原理與方案二一樣。改變滑變電阻器的阻值即可以改變脈沖頻率。2.4 方案比較以上三個方案中：方案一與實現(xiàn)方案最接近，理論上是最簡單的電路。但實驗時還要考慮實

11、際情況和芯片工作環(huán)境，芯片 cd4017 輸出端接電阻處直接接燈泡，由于 cd4017 輸出端高電平為整個電路電源電壓，若電阻分壓不夠，或是電源電壓偏高，會導(dǎo)致燈泡燒掉這樣使燈兩邊電壓直接變化，對等的壽命也有影響。方案二則是運(yùn)用本學(xué)期學(xué)的書本上我們熟知的計數(shù)器 74ls290 和譯碼器 74ls139來代替方案一中的 cd4017，原理簡單且熟練， ，但因為譯碼器 74ls139 是低電平輸出有效，故要使燈亮就得將低電平轉(zhuǎn)換成高電平，因此會用到多個非門，實際操作中不方便。方案三將 555 信號發(fā)生器改用非門構(gòu)成的信號發(fā)生器，整體原理和方案一差不多，同時也克服了方案一的不足，但發(fā)生器部分實物連線

12、很麻煩，為布線和調(diào)試帶來不方便。因此，考慮多方面因素，實現(xiàn)方案采用 555 發(fā)生器和 cd4017 計數(shù)器。3 實現(xiàn)方案實現(xiàn)方案設(shè)計電路如圖 3.1：武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 9圖 3.1 實現(xiàn)方案電路圖電路工作原理如下： 如圖 3.1，將 555 定時器的 2 和 6 并聯(lián)連接后作為電路的輸入端，就構(gòu)成了施密特觸發(fā)器，此時這兩段的輸入信號電壓相同。當(dāng)電路接入電源時，555 觸發(fā)，產(chǎn)生的脈沖從 7 腳（y3）輸出經(jīng)電容 c2 穩(wěn)定后接入 cd4017 計數(shù)器，使其被觸發(fā)工作，這時，依次會從 y0y9 依次輸出高電平，但當(dāng) y4 與清零端 cr 相連接后，當(dāng) y4 輸出高電

13、平時，計數(shù)器被清零，從頭開始計數(shù)。接于 q1,q2,q3 之后的二極管和電阻均是起分壓作用。圖中，若電阻分壓太大，使燈泡兩端電壓過小，這時三極管兩端電壓大于 0.7v，則三極管導(dǎo)通，燈亮；若分壓電阻分壓很小，小燈泡兩端壓差很?。ㄐ∮?0.7v） ，則這時三極管截至，燈就不會亮。由此，將分壓電阻按 47k,20k,10k 逐漸減小，就可使燈泡兩端電壓由零增大，是燈泡依次出現(xiàn)熄滅，微亮，較亮，最亮四種狀態(tài)。 改變滑變電阻器的阻值即可改變 r1 和（r2+rp）的阻值比（這里的 rp 指的是滑變電阻器有效的那部分） ，這樣即可改變小燈泡閃爍的頻率。各部件功能：（一） 、555 定時器將 555 定時

14、器的 2 和 6 并聯(lián)連接后作為電路的輸入端，就構(gòu)成了施密特觸發(fā)器，此時這兩段的輸入信號電壓相同。在 r1：（r2+rp)2:1 時，555 內(nèi)部三級管導(dǎo)通，555 從 3 腳輸出低電平；當(dāng) 1: 2 r1：（r2+rp)2:1 時，555 內(nèi)部三極管截止，3 腳輸出高電平。武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 10（二） 、計數(shù)器 cd4017十進(jìn)制計數(shù)器 cd4017 其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是 o0、o1、.、o9 依次出現(xiàn)與始終同步的高電平，寬度等于時鐘周期。（三） 、vt9013當(dāng)基極和射極間電壓超過 0.7v 時，晶

15、體管導(dǎo)通，這時即可放大電流；當(dāng)基極和射極間電壓小于 0.7v 時，晶體管截止，此時不能起到放大電流的作用。（四） 、電容 c1 的作用是濾波并避免干擾從而穩(wěn)定電路；電容 c2 的作用是濾波并避免干擾從而使脈沖更穩(wěn)定，以免信號失真。4 調(diào)試過程及結(jié)論調(diào)試過程中，無論怎樣都少一個狀態(tài)，一遍遍的從頭檢查電路板并分析其中的關(guān)系，才發(fā)現(xiàn)在接電路時 cd4017 輸出端應(yīng)接 q1,q2,q3,q4,而我接成了q0,q1,q2,q3，致使在 r 清零時燈就亮了，因此總是只有三個狀態(tài)在閃爍。另外，若是三個電阻搭配不合理，狀態(tài)也會缺失，如我之前電阻用的是 100k,47k 和 0.3k 的，那樣電阻跨度太大，致

16、使燈泡亮度太大，又由于視覺暫停效果，等的閃爍會有紊亂的現(xiàn)象。要檢查輸出狀態(tài)是否正確，可用示波器測試 cd4017 各輸出端的波形，即使有的狀態(tài)用肉眼看不出來（比如本實驗中的微量狀態(tài)登幾乎沒發(fā)光） ，因此有時候除了觀察實驗現(xiàn)象外，還應(yīng)結(jié)合理論數(shù)據(jù)。5 心得體會 從原來的羨慕別人假期有事可做，到聽說我們也要做課程設(shè)計是的興奮，到看到題目剎那間的心慌，到自己的認(rèn)真準(zhǔn)備，到答辯時的緊張，到調(diào)試時的反復(fù)，到寫報告時的忙亂，到完成后的滿足，雖然前后一共只有半個月的時間，期間還得分出精力準(zhǔn)備期末考試，但這段時間過的很充實。 以為不會很難，但看到任務(wù)書時才發(fā)現(xiàn)不是很簡單，因為不是簡單的只是一種方法就行了，而是

17、要多種方法。可是如果只是一種方法，又如何叫做真正的設(shè)計，如武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計（一） 課程設(shè)計說明書 11何起到真正要的效果？ 查資料，設(shè)計方案，布線，調(diào)試，寫報告一步一步認(rèn)真的走下來，自己受益匪淺。不再是面對龐大的 internet 無從下手，同時也會好的利用了一次圖書館面對圖書館的“五花八門”的書要找到自己想要的那一點點相關(guān)東西，還真不容易。設(shè)計方案更是全部是自己根據(jù)自己的理解設(shè)計出來的，雖然很簡單，但也是自己的勞動成果。布線和調(diào)試是實驗中最重要，也是最麻煩的環(huán)節(jié)。好不容易布線完了，好不容易找到電源了，可是結(jié)果就是出不來，這時就需要足夠的耐心和細(xì)心。 “歷經(jīng)艱辛”終于找到“罪魁禍?zhǔn)住笔堑募雍团d奮是無以言表的。 通過這次課程設(shè)計，發(fā)現(xiàn)自己不只在知識有欠缺，自己再遇事態(tài)度和處理上都很是遲鈍，很難靜下心來。一直以來，理論課有老師督促，考試鞭策，平時實驗也有老師指導(dǎo)，而這次原原本本都要自己獨立完成。我一直是個不大自信的人，只要不是我非常擅長的東西，即使我覺得是對的，也沒勇氣去大聲贊同自己，原來，遇到這種情況的時候，往往會向同學(xué)求證。但這次，我告訴自己既然是要獨立完成，就