說(shuō)明書-彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上學(xué) 號(hào)： 電子綜合實(shí)訓(xùn)題 目彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)學(xué) 院理學(xué)院專 業(yè)班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師年月日目 錄 專心-專注-專業(yè)彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)1技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一種利用發(fā)光二極管作為彩燈指示,實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮形成移動(dòng)的光點(diǎn),并不斷循環(huán)的彩燈循環(huán)控制電路，要求可以實(shí)現(xiàn)彩燈循環(huán)的時(shí)間可以調(diào)節(jié)。2設(shè)計(jì)方案及其比較彩燈循環(huán)電路有多種的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)此次的設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，查閱許多資料，經(jīng)過(guò)一番分析，設(shè)計(jì)了三種方案。2.1方案一根據(jù)任務(wù)書中的提示，選擇555芯片組成多諧振蕩器產(chǎn)生矩形脈沖。NE555管腳功能介紹：8腳是集成電路工作電壓輸入端，電壓為516V，以Vcc表示，1腳為地

2、，2腳為觸發(fā)輸入端，3腳為輸出端，4腳是復(fù)位端，5腳是控制端，6腳為閾值端，7腳稱放電端，與3腳輸出同步，輸出電平一致，但7腳并不輸出電流。NE555的主要特點(diǎn)： 1. 只需簡(jiǎn)單的電阻和電容元器件，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久；2. 它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜，易于獲得；3. 其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載；4. 它的操作電源范圍極大，可與TTL、CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這些系列邏輯電路的高、低電平匹配。采用三個(gè)芯片組成，主要有多諧振蕩電路、可以進(jìn)行加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)的74LS193計(jì)

3、數(shù)器以及74HC138譯碼器電路組成。該方案先由NE555芯片組成的振蕩器產(chǎn)生矩形脈沖，該脈沖可以改變滑阻的阻值大小來(lái)改變脈沖周期，再通過(guò)以74LS193為核心的計(jì)數(shù)器電路計(jì)數(shù)，最后將計(jì)數(shù)器的輸出端Q0、Q1、Q2接到譯碼器74HC138的輸入端A、B、C，譯碼器輸出端Y0-Y7依次輸出高電平，從而驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極發(fā)光二極管發(fā)光。電路原理圖如圖所示：圖1 方案一電路原理圖74LS193是四位可加減計(jì)數(shù)器，MR端為清零端，PL是預(yù)置端，低電平有效，TCU是終端數(shù)最多輸出，TCD是終端倒計(jì)時(shí)輸出，DN是減計(jì)數(shù)端，UP是加計(jì)數(shù)端，由于本方案的需要是進(jìn)行加計(jì)數(shù)，所以將脈沖信號(hào)接入U(xiǎn)P端，故連線如圖1所示。該

4、芯片的芯片圖如圖所示：圖2 芯片圖74HC138是3線8線譯碼器，由于輸出電平低有效，故將發(fā)光二極管以共陽(yáng)極的形式連接。其真值表如表1所示：表1 74HC138真值表輸入輸出XHXXXXHHHHHHHHXXHXXXHHHHHHHHLXXXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL2.2方案二本方案的矩形脈沖產(chǎn)生仍以NE555芯片為核心的多諧振蕩器，在方案一的基礎(chǔ)上，將計(jì)數(shù)芯片74LS193改為四

5、位同步加計(jì)數(shù)器74HC163，當(dāng)輸入周期性脈沖信號(hào)時(shí)，其輸出為二進(jìn)制數(shù)形式，并且隨著脈沖信號(hào)的輸入，其輸出在0000-1111之間循環(huán)變化，然后再將輸出端Q0、Q1、Q2接到譯碼器74HC138上。電路原理圖如圖所示：圖3 方案二電路原理圖由于在本方案中，設(shè)計(jì)需8個(gè)燈，故計(jì)數(shù)器調(diào)為八進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將Q3通過(guò)反相器引回到清零端MR，因此當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到八時(shí)清零，將多諧振蕩器的矩形脈沖信號(hào)接入到CLK端，再將使能端接高電平即可構(gòu)成八進(jìn)制計(jì)數(shù)器。2.3方案三前兩個(gè)方案都是使用了計(jì)數(shù)器和譯碼器，根據(jù)任務(wù)書的要求，我們可以采用CD4017芯片來(lái)代替計(jì)數(shù)器和譯碼器，其管腳圖如圖所示：圖4 芯片管腳圖CD401

6、7芯片的主要特點(diǎn)： （1）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器；（2）5 位Johnson計(jì)數(shù)器，具有10 個(gè)譯碼輸出端，CP、CR、EN輸入端；（3）CLK端施密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入脈沖上升和下降時(shí)間無(wú)限制；（4）EN為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無(wú)效；（5）MR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零；（6）Johnson計(jì)數(shù)器，提供了快速操作、2 輸入譯碼選通和無(wú)毛刺譯碼輸出；（7）防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序；（8）譯碼輸出一般保持為低電平，只有在對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)時(shí)輸出高電平；方案三電路原理圖如圖所示： 圖5方案三的電路原理圖將多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)接入到CD4017芯片的時(shí)鐘信號(hào)輸入端

7、（14端），而該芯片輸出電平高有效，故發(fā)光二極管接成共陰極的形式。但要注意CD4017是十進(jìn)制輸出，要改成本方案的八進(jìn)制，將輸出端Q8直接引回到清零端MR，則當(dāng)計(jì)數(shù)到9就立刻清零。經(jīng)過(guò)在Proteus軟件上的仿真測(cè)試，可知，每次燈只亮一個(gè)且不斷的循環(huán)，若要改變時(shí)間，只需改變滑阻RV1接入電路的阻值大小或者是電容C1的大小。 2.4方案比較 方案一，該方案使用了三個(gè)芯片，除了555芯片，還用了74LS193計(jì)數(shù)芯片和74HC138譯碼芯片，連線比較復(fù)雜。方案二，該方案也用了三個(gè)芯片，和方案一相比主要是計(jì)數(shù)的芯片不一樣，改用了74HC163計(jì)數(shù)芯片，而且該芯片還需要反相器來(lái)輔助計(jì)數(shù)，復(fù)雜程度與方案

8、一大體一致，但是實(shí)現(xiàn)時(shí)所需器件較多，布線更麻煩。方案三，CD4017是5位Johnson計(jì)數(shù)器，具有10個(gè)譯碼輸出端，同時(shí)具備計(jì)數(shù)和譯碼功能，使用本方案只需2個(gè)芯片，和方案一、方案二相比，使用的器件少，布線簡(jiǎn)單，更易實(shí)現(xiàn)，不易出錯(cuò)。經(jīng)過(guò)分析比較，明顯地，方案三是最佳方案，按照此方案更容易達(dá)到本次設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，而且實(shí)現(xiàn)過(guò)程更簡(jiǎn)單，易于構(gòu)建電路，故選擇用CD4017的方案。 3實(shí)現(xiàn)方案 在得到老師分發(fā)的元器件，由于受到實(shí)際條件限制，在制作實(shí)物時(shí)對(duì)方案三的電路原理圖進(jìn)行了一定程度的修改，修改后的電路圖如圖所示：圖6 實(shí)際制作的電路原理圖這個(gè)改動(dòng)后的原理圖和設(shè)計(jì)時(shí)不一樣的是在多諧振蕩器的頻率調(diào)變的電

9、阻進(jìn)行優(yōu)化，使其更加易于實(shí)際操作。同時(shí)，由于實(shí)際有九個(gè)燈，相應(yīng)的CD4017由Q9接回MR端，增加一個(gè)燈，注意為仿真方便，本次設(shè)計(jì)的所有方案的發(fā)光二極管都只有一種顏色。在實(shí)際中可以通過(guò)調(diào)滑動(dòng)變阻器RV1或者直接改換電容C1的大小就看達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求。在本次設(shè)計(jì)的所有方案均有多諧振蕩器，脈沖信號(hào)均由該部分電路產(chǎn)生，因此我們對(duì)脈沖信號(hào)的產(chǎn)生進(jìn)行深究一下。如圖就是多諧振蕩器的電路原理圖：圖7 多諧振蕩器的電路原理圖通電后，電容C1充電直到該電容上的電壓達(dá)到2/3Vcc時(shí)，輸出為低電平，同時(shí)，芯片內(nèi)部的三極管T導(dǎo)通，電容C1通過(guò)R1和三極管T放電，電容上的電壓下降，當(dāng)下降到1/3Vcc時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)為

10、高電平。當(dāng)放電結(jié)束，三極管截止，電容C1又開(kāi)始充電，電容的則充電所需時(shí)間為： 電容放電所需時(shí)間為： 多諧振蕩器是一個(gè)無(wú)外界信號(hào)輸入，卻有矩形脈沖信號(hào)輸出，主要是由電容的充放電，和內(nèi)部的電壓比較產(chǎn)生的，則震蕩頻率為： 關(guān)于產(chǎn)生信號(hào)的占空比，對(duì)本次的課程設(shè)計(jì)影響不大，故不進(jìn)行討論。根據(jù)實(shí)際修改電路圖后，就開(kāi)始進(jìn)行布線，得到測(cè)試電路布線圖。測(cè)試電路的布線圖如圖所示：圖8 測(cè)試電路的布線圖4調(diào)試過(guò)程及結(jié)論剛開(kāi)始拿到面包板，去搜集資料詳細(xì)了解的芯片管腳圖后，就按照電路原理圖在面包板上完成布線，給電源提供工作電壓+5V左右，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，然后將555芯片的3管腳接入示波器，觀察顯示的波形，示波器上出現(xiàn)了

11、矩形脈沖，說(shuō)明多諧振蕩器工作正常。經(jīng)過(guò)老師的檢查，我們開(kāi)始測(cè)量記錄所需的波形和相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間努力的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)圓滿的成功了。本次調(diào)試過(guò)程并不是一帆風(fēng)順的，在最開(kāi)始的時(shí)候，調(diào)試總是不盡人意，我們發(fā)現(xiàn)彩燈閃爍不符合要求，經(jīng)檢查，對(duì)CD4017芯片輸入單次脈沖，彩燈閃爍符合要求，我們判定矩形脈沖有問(wèn)題，經(jīng)示波器檢測(cè)，波形不是我們需要的矩形脈沖，一度我們一籌莫展。在仔仔細(xì)細(xì)地來(lái)回檢查，終于發(fā)現(xiàn)是芯片的5管腳直接接地了，于是調(diào)整線路，一測(cè)試，成功了！本次技術(shù)要求是使彩燈循環(huán)點(diǎn)亮并且循環(huán)時(shí)間可調(diào)，而彩燈循環(huán)點(diǎn)亮是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，無(wú)法以圖片的形式展現(xiàn)，故本次主要以調(diào)節(jié)循環(huán)時(shí)間，從而通過(guò)555芯片輸出

12、的矩形脈沖發(fā)生變化的波形圖來(lái)展示調(diào)試結(jié)果，調(diào)試結(jié)果如下：圖9 滑阻10調(diào)試結(jié)果圖 圖9所示的矩形脈沖，此時(shí)的電容C1大小為10uF，RV1電阻為10，理論脈沖周期為0.21秒，與測(cè)量出來(lái)的大致相當(dāng)。圖10所示的矩形脈沖，此時(shí)電容大小不變，仍為10uF，滑阻的阻值為20，理論脈沖周期為0.28秒，與實(shí)際測(cè)量出來(lái)的大致相當(dāng)。圖10 滑阻20調(diào)試結(jié)果圖下面圖11所示的矩形脈沖式再來(lái)的基礎(chǔ)上只改變了滑阻的阻值，將阻值變?yōu)榱?0，可以得到脈沖的周期為0.35秒，和實(shí)際測(cè)量基本一致。 圖11 滑阻30調(diào)試結(jié)果圖下面還有圖12所示的矩形脈沖，這是在滑阻不變，改變電容大小得來(lái)的，下圖是在滑阻RV1為20，電容

13、大小為1uF情況下的脈沖波形，根據(jù)公式得出脈沖的周期為0.028秒，和實(shí)際測(cè)量結(jié)果沒(méi)有太大差別，觀察此時(shí)的彩燈，循環(huán)點(diǎn)亮速度很快。圖12 電容1uF調(diào)試結(jié)果圖以上四個(gè)波形圖是在調(diào)試過(guò)程記錄下來(lái)的比較好的圖，還有電容大小取其它值的脈沖波形，但由于篇幅所限，就不一一列出。結(jié)論：彩燈循環(huán)控制電路經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試，最終可以實(shí)現(xiàn)彩燈依次點(diǎn)亮形成光點(diǎn)，并不斷循環(huán)，而且彩燈循環(huán)的時(shí)間可以通過(guò)改變滑阻的大小或電容的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，理論的脈沖周期與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)在誤差允許范圍內(nèi)是相等的，故本次電路設(shè)計(jì)完成了預(yù)期的要求，設(shè)計(jì)是成功的。5心得體會(huì)這次電子綜合實(shí)訓(xùn)是我上大學(xué)以來(lái)的第二次課程設(shè)計(jì)，我選擇了彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)

14、計(jì)。在實(shí)訓(xùn)開(kāi)始時(shí)，我拿到了任務(wù)書，我首先搜尋了相關(guān)資料。由于本次設(shè)計(jì)在學(xué)習(xí)完數(shù)電，有了一定的基礎(chǔ)，這大大降低了難度，很快就設(shè)計(jì)出了電路。但由于老師要求還要設(shè)計(jì)兩種方案，于是對(duì)芯片CD4017進(jìn)行替換設(shè)計(jì)了兩種方案。其實(shí)，我有想法用移位寄存器設(shè)計(jì)出電路，但最終沒(méi)能達(dá)到要求，因此放棄，轉(zhuǎn)而其他方法。為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，我用Proteus對(duì)這三種電路進(jìn)行了仿真，還時(shí)不時(shí)的查詢資料以便解決遇到的問(wèn)題。在完成了理論設(shè)計(jì)，我制作了實(shí)物并進(jìn)行了調(diào)試。在調(diào)試的時(shí)候，由于出現(xiàn)了一點(diǎn)小問(wèn)題，耗費(fèi)一小段的時(shí)間，在仔細(xì)檢查后，順利的解決了問(wèn)題，成功地調(diào)出了預(yù)期的結(jié)果。從本次課程設(shè)計(jì)中，從中深深地認(rèn)識(shí)到：在設(shè)計(jì)之前，要做好準(zhǔn)備工作，不要急于設(shè)計(jì)，通過(guò)思考、查詢各種資料，而后去設(shè)計(jì)，會(huì)起到事半功倍的效果；設(shè)計(jì)時(shí)，要整體考慮電路，同時(shí)要對(duì)各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)爛熟于心；設(shè)計(jì)后，權(quán)衡各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，然后選擇實(shí)現(xiàn)方案。在布線時(shí)，要注意電路原理圖與實(shí)物布線有所區(qū)別，還要時(shí)不時(shí)地用萬(wàn)用表蜂鳴檔檢查線路的連通狀況。而且，在這次課程設(shè)計(jì)