路燈控制器課程設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書20 16 20 17 學(xué)年 第 一 學(xué)期第 18 周 19 周 題目路燈控制器內(nèi)容及要求 設(shè)計一個路燈控制自動照明的電路。 當(dāng)日照光亮到一定程度時使燈自動熄滅，而日照光暗到一定程度時又能自動點亮。開啟和關(guān)斷的日照光照度根據(jù)用戶進行調(diào)節(jié)。 設(shè)計計時電路，用數(shù)碼管顯示路燈當(dāng)前一次的連續(xù)開啟時間。 設(shè)計計數(shù)顯示電路，統(tǒng)計路燈的開啟次數(shù)。進度安排1、查資料，確定方案 （三天）2、方案設(shè)計 （一天）3、仿真調(diào)試 （二天）4、硬件實現(xiàn)與調(diào)試 （三天）5、撰寫課程設(shè)計報告并答辯 （一天）學(xué)生姓名： 指導(dǎo)時間： 2017年 1月 2日 1月 6日指導(dǎo)地點： F 樓 213 室任

2、務(wù)下達2016 年 12月 26日任務(wù)完成2017 年 1月 6日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4它指導(dǎo)教師系（部）主任目 錄前言3一 選題背景411設(shè)計要求412指導(dǎo)思想4二 方案論證521方案說明522方案原理5三 電路的設(shè)計與分析63 . 1電路原理框圖632單元電路的設(shè)計與分析6四. 電路的調(diào)試與分析1341調(diào)試使用的儀器1342電路的調(diào)試13五總結(jié)1451設(shè)計體會1452改進提高14六. 附錄及參考文獻156.1 附錄1 元器件清單156.2附錄2電路的原理圖156.3附錄3實物圖166.4參考文獻17前言在現(xiàn)代城市中，效率意識日益突出，人們希望不需要人力資源的浪費，希望

3、使效率合理使用最大化。因此，自動路燈控制器是實現(xiàn)無人管理自動開關(guān)的重要設(shè)計。 本課程設(shè)計的任務(wù)就是設(shè)計一個路燈控制器。鼓勵學(xué)生在熟悉基本原理的前提下，與實際應(yīng)用相聯(lián)系，提出自己的方案，完善設(shè)計。一 選題背景 11設(shè)計要求 1當(dāng)日照光亮到一定程度時使燈自動熄滅，而日照光暗到一定程度時又能自動點亮。開啟和關(guān)斷的日照光照度根據(jù)用戶要求進行調(diào)節(jié)，可選用一個白熾燈或發(fā)光二極管作光源。2. 設(shè)計計時電路，用數(shù)碼管顯示路燈當(dāng)前一次的連續(xù)開啟時間。3. 設(shè)計計數(shù)顯示電路，統(tǒng)計路燈的開啟次數(shù)。12指導(dǎo)思想 本設(shè)計采用74LS160、74HC04、74LS08、74LS12、CD4511、555等芯片來完成路燈亮

4、暗控制與所需要的數(shù)字邏輯顯示功能（在七段數(shù)碼管上按規(guī)律顯示特定的數(shù)字）。本設(shè)計具有邏輯清晰、設(shè)計巧妙等特點，能很好的符合課程設(shè)計的要求。二 方案論證 21方案說明 本設(shè)計主要是通過光敏電阻通過對外界的光線的強弱的感應(yīng)來控制555的高低電平輸出從而控制路燈的開或關(guān)（在本設(shè)計中，為方便起見，一律用開關(guān)模擬光敏電阻，下面提到的光敏電阻也一樣）。為了使計時與計數(shù)電路同步啟動，555的輸出接計時電路的使能端，數(shù)電路的脈沖端。脈沖的產(chǎn)生是用555接成一個頻率為1HZ的多諧振蕩器，用CD4511驅(qū)動共陰極的七段數(shù)碼管做顯示電路。22方案原理 當(dāng)光照減弱時，光敏電阻阻值增大，555的2、6端口出現(xiàn)低電平，當(dāng)它

5、到達一定值時，3口出現(xiàn)高電平，且大于2/3VCC，路燈亮。反之，當(dāng)光照增強到一定時，光敏電阻阻值減小，3口出現(xiàn)低電平，小于1/3VCC，路燈熄滅。為了避免外部干擾所帶來的錯誤反應(yīng)（例如來往的車燈給光敏電阻帶來的短暫激勵），我們利用電容充電帶來的時間延遲來解決問題。經(jīng)以上論證，方案可行。三 電路的設(shè)計與分析3 . 1電路原理框圖32單元電路的設(shè)計與分析321 多諧震蕩電路的設(shè)計與分析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.

6、5V16V 工作，7555 可在318V 工作，輸出驅(qū)動電流為 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。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(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2VCC /3 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5 腳懸空

7、時，則電壓比較器A1 的反相輸入端的電壓為2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端TR 的電壓小于VCC /3，則比較器A2 的輸出為1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0電平。555定時器主要是與電阻電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個比較器來檢測電容上的電壓以確定輸出電壓的高低和放電開關(guān)管的通斷，可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生電路。該器件的電源電壓為4.5V-18V，驅(qū)動

8、電流也較大，并能提供與ttl, MOS電路相兼容的邏輯電平。555定時器可以構(gòu)成多諧振蕩器。自激多諧振蕩器用于產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號圖3-1所示為自激多諧振蕩器電路和波形圖。電路采用電阻、電容組成RC定時電路，用于設(shè)定脈沖的周期和寬度。脈沖寬度計算公式：Tw0.7 (R1+RW+R2)振蕩周期計算公式：T0.7 (R1+RW+2R2) C 經(jīng)過計算可知R43 可為72k，R44為36k。 322譯碼顯示電路的設(shè)計與分析數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)

9、光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就會被點亮。該設(shè)計中選用的是七段數(shù)碼管如圖3-2所示，為共陰極的，用CD4511譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，當(dāng)電路正常工作時，數(shù)碼管上會按照設(shè)計要求顯示路燈持續(xù)工作的時間與工作的次數(shù)。計數(shù)器用來產(chǎn)生十進制計數(shù)，其輸出信號加在譯碼器輸入端

10、，經(jīng)譯碼后可在輸出端產(chǎn)生所需的控制信號。本電路中譯碼驅(qū)動器采用CD4511。CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動LED顯示器。CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。" Q9其功能介紹如下：BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LT：3腳是測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段

11、均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。LE=1時譯碼器是鎖A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效 CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅(qū)動LED。各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。323計數(shù)電路的設(shè)計與分析 該部分用到了計

12、數(shù)器74LS160共五個，前兩個和中間兩個分別都組成了60進制計數(shù)器用于顯示分鐘和秒，第五個仍是十進制，用來顯示路燈工作的次數(shù)。異步清零端/MR1 為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3一致。對于54/74160，當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。160的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同

13、時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于54/74LS160CEP、CET跳變與CP無關(guān)。 當(dāng)計數(shù)溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。對于74LS160，在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。74LS160外部管腳圖如圖3-4所示：160外部管腳引出端符號：TC 進位輸出端：CEP 計數(shù)控制端：Q0-Q3 輸出端：CET 計數(shù)控制端：CP 時鐘輸入端（上升沿有效）:/MR 異步清除輸入端（低電平有效）:/PE 同步并行輸入置數(shù)端（低電平有效）74LS160內(nèi)部電路圖如圖3-5所示 四. 電路的調(diào)試與分析 41調(diào)試使

14、用的儀器 4.0V直流電壓源、萬用表42電路的調(diào)試 接上電源，六個數(shù)碼管均顯示0，（一個是計數(shù)用的顯示管，另五個作計時用），整個電路處于正常狀態(tài)。在日光燈下用小螺絲刀調(diào)節(jié)電位器，當(dāng)紅色較大的發(fā)光二極管恰好熄滅時，再斷開模擬光敏電阻的開關(guān)，看小燈是否能很快發(fā)光。若能，則表明這個點恰好是模擬光敏電阻的最佳點；若不能點亮或反應(yīng)很遲鈍，則表明未調(diào)節(jié)到最佳位置，需要反復(fù)調(diào)節(jié)找到電位器的最佳點。調(diào)試完成后，斷開此開關(guān)，稍作等待之后，發(fā)光二極管亮，數(shù)碼管開始計數(shù)；然后不遮住光敏電阻（即閉合此開關(guān)），發(fā)光二極管滅，同時數(shù)碼管停止計數(shù)，按下復(fù)位開關(guān)，數(shù)碼管顯示又全變?yōu)榱?。五總結(jié) 51設(shè)計體會 為期兩周的課程設(shè)計

15、就快結(jié)束了，回首整個過程仍感到些許緊張，但更多的是充實。兩周內(nèi)我查閱了大量資料，通過仔細(xì)地研究和反復(fù)演算終于完成了我的設(shè)計。學(xué)習(xí)了半年的專業(yè)課我掌握了一些電路知識的理論知識，平時的實驗課我通過自己的努力學(xué)會了數(shù)字電子技術(shù)中一些簡單的控制電路圖的設(shè)計，為這學(xué)期期末的課程設(shè)計順利完成提供了很大的幫助。本次的聲光控制開關(guān)的設(shè)計實踐將我們學(xué)到的知識應(yīng)用到了實踐，深化了對數(shù)字電路設(shè)計、和模擬電子設(shè)計的認(rèn)識，使我們在設(shè)計的實踐中獲得新知。學(xué)習(xí)了的理論知識和實踐操作，我們不僅僅得到的是課本上的東西，更重要的是我們通過自己的獨立動手，老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)下，讓我們學(xué)會了分析電路、設(shè)計電路的步驟以及計算機輔助作

16、圖等。在此設(shè)計中利用到了三極管的放大、光敏效應(yīng)，進一步鞏固和掌握前面所學(xué)的基礎(chǔ)知識，加深對了對模擬電路、數(shù)字電路的理解，對元氣件的使用更加深刻。通過這次設(shè)計，我深深地感覺到了只有付出才會有收獲，同時也需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度才能學(xué)有所獲。設(shè)計過程中許多同學(xué)也為我提供了寶貴的意見，在此表示感謝。52改進提高本次的設(shè)計中缺少一個總復(fù)位開關(guān)，用于在路燈不工作時將數(shù)碼管熄滅，以免費電?？梢栽贑D4511的LE端加上一個單刀單擲開關(guān)，打開是高電平，數(shù)碼管不顯示，閉合是接地數(shù)碼管可以正常計數(shù)。六. 附錄及參考文獻6.1 附錄1 元器件清單6.2附錄2電路的原理圖6.3附錄3實物圖6.4參考文獻【1】彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)