路燈控制器實(shí)踐報(bào)告

課程嚎習(xí)報(bào)告實(shí)習(xí)名稱：電子設(shè)計(jì)制作與工藝實(shí)習(xí)學(xué)生姓名：學(xué) 號：201016010239專業(yè)班級：自動化10102指導(dǎo)教師：完成時間：2012年6月28日報(bào)告成績：摘要本課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為路燈控制器的設(shè)計(jì)，當(dāng)白天光照強(qiáng)度大時，路燈不工作，當(dāng)晚上光照強(qiáng)度弱時，路燈開啟，并通過輸出電平控制計(jì)數(shù)器和計(jì)時器工作，記錄路燈開啟的次數(shù)和開啟的時間。它由光信號控制電路、路燈驅(qū)動電路、計(jì)數(shù)譯碼電路和數(shù)碼顯示器組成。光信號控制電路、路燈驅(qū)動電路控制路燈的工作狀態(tài)，計(jì)數(shù)譯碼電路和數(shù)碼顯示器組成計(jì)數(shù)器記錄路燈亮起的次數(shù)，計(jì)時電路用于記錄路燈開啟的時間。用Protel99SE作出電路的電路圖，然后使用Multisim11.0進(jìn)行仿真。經(jīng)過Multisim11.0的仿真得到仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：路燈控制器；光控；計(jì)數(shù)器；繼電器；放大器AbstractThemaincontentofcurriculumdesignforthestreetlampcontrollerdesign,whendaytimelightintensity,lightdoesnotwork,whenthelightintensityisweak,streetopened,andthroughtheoutputlevelcontrolcounterandtimer,recordingstreetopeningtimesandopentime.Itconsistsofalightcontrolcircuit,signallampdrivingcircuit,countingdecodingcircuitanddigitaldisplay.Theopticalsignalcontrolcircuit,drivecircuittocontrolthestreetlampstreetlampworkingstate,countingdecodingcircuitandadigitaldisplaycounterrecordsthenumberofstreetlights,timingcircuitforrecordingthelampopeningtime.UseProtel99SEtomakecircuitdiagram,andthenusetheMultisim11simulation.AfterMultisim11bysimulationthesimulationresultsaccordwiththedesignrequirements.Keywords:Streetlightcontroller;lightcontrol;counter;relay;amplifier目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 1\o"CurrentDocument"關(guān)鍵詞 2\o"CurrentDocument"Abstract 3Keywords 3\o"CurrentDocument"目錄 4\o"CurrentDocument"1設(shè)計(jì)要求 5\o"CurrentDocument"2總體方案 5\o"CurrentDocument"2.1設(shè)計(jì)思路 52.2原理框圖（圖1.1） 6\o"CurrentDocument"3設(shè)計(jì)內(nèi)容 73.1光控路燈電路（圖1.2） 7\o"CurrentDocument"3.2計(jì)時電路 8\o"CurrentDocument"3.2.1振蕩電路 8\o"CurrentDocument"3.2.2秒計(jì)時器電路 9\o"CurrentDocument"3.2.3分計(jì)時器電路 10\o"CurrentDocument"3.2.4時計(jì)時器 10\o"CurrentDocument"3.3路燈開啟次數(shù)的電路 113.4電路之間的聯(lián)系 123.5集成芯片功能說明 12\o"CurrentDocument"3.5.1555定時器 12\o"CurrentDocument"3.5.2十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160 13\o"CurrentDocument"3.5.3BCD-七段顯示譯碼器 14\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)總結(jié) 16\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 17\o"CurrentDocument"致謝 18設(shè)計(jì)要求安裝在公共場所或道路兩旁的路燈通常希望隨日照光亮度的變化而自動開啟和斷開，以滿足行人的需要，又能節(jié)電。1、設(shè)計(jì)一個路燈自動照明的控制電路。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(diǎn)亮。開啟和關(guān)斷的日照光照度根據(jù)用戶要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。2、若將路燈開啟的啟動脈沖信號作計(jì)時起點(diǎn)，控制一個計(jì)數(shù)器對標(biāo)準(zhǔn)時基信號作計(jì)數(shù)，則可計(jì)算出路燈的開啟時間。3、路燈的驅(qū)動電路可用繼電器或可控硅電路?？傮w方案設(shè)計(jì)思路（1）要用日照光的亮度來控制燈的開啟和關(guān)斷，首先必須檢測出日照光的亮度。用光敏三極管、光敏二極管或光敏電阻等光敏元件作傳感器得到信號，再通過滑動變阻器改變阻值來控制日照光照度。以實(shí)現(xiàn)對電路的啟和?？刂?。（2） 設(shè)計(jì)一個計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)路燈開啟的次數(shù)，并用BCD-七段顯示譯碼器顯示。（3） 路燈的驅(qū)動電路可用繼電器。

圖1.12.2原理框圖（圖1.1）圖1.1計(jì)數(shù)譯碼 ?開啟次城顯示光電變換一-信號鑒幅—?驅(qū)動電路 ?路燈振蕩電路——?計(jì)數(shù)譯碼 ■開啟時IW顯示設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1光控路燈電路（圖1.2）RG是光電器件，如光電二極管、光電三極管、光敏電阻等。當(dāng)白天有光照在RG上時,RG的內(nèi)阻較小，R2壓降較大，使5S模塊的④腳呈高電平，模塊內(nèi)部的電路關(guān)斷，照明燈H不亮。而夜晚來臨，無光照射在RG上,RG的內(nèi)阻增至很大，R2上的壓降很小，5S模塊的④腳是低電平，使模塊的內(nèi)部電路導(dǎo)通，照明燈H點(diǎn)亮。調(diào)節(jié)R2可以控制H點(diǎn)亮的靈敏度。R2即是起到調(diào)節(jié)開關(guān)的作用，可以根據(jù)用戶的需求，決定路燈在那種光照度下點(diǎn)亮。安裝時，RG應(yīng)放在H不能直接照射而只能接受自然光的地方。圖1.2由此可知④腳白天呈高電平，夜晚呈低電平，可以依據(jù)該腳的輸出電平來控制計(jì)數(shù)器的脈沖和計(jì)時器的開啟。而5S模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，5S模塊集555時基電路與SSR固態(tài)繼電器于一體，除具有二者優(yōu)點(diǎn)之外，還具有抗震、防爆、使用同一電源等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用更加簡單、方便，接上負(fù)載即可進(jìn)行多種控制。I IIT圖1.35S模塊的內(nèi)部電路工作原理如上圖所示。它是由無觸點(diǎn)控制電路和時基集成電路兩部分組成。單向可控硅SCR作為無觸點(diǎn)控制電路的開關(guān)，雙向可控硅BCR作為交流負(fù)載驅(qū)動器。當(dāng)SCR截止時，橋式整流電路U內(nèi)無電流回路，故BCR無觸發(fā)電流而截止，負(fù)載停止工作。當(dāng)SCR導(dǎo)通時，全橋整流電路形成電流回路，于是在BCR的控制極G上有正負(fù)雙向脈沖觸發(fā)，使得BCR完全導(dǎo)通，負(fù)載通電工作。而SCR的導(dǎo)通與截止也是由時基集成電路IC的輸出端③腳來控制的。當(dāng)IC的③腳為高電平時，SCR導(dǎo)通；當(dāng)IC的③腳為低電平時SCR截止，從而使得后級電路截止。如何使IC按照特定的程序工作，則可由應(yīng)用者自行設(shè)計(jì)。時基集成電路IC的電源是由全橋U整流，電阻R1降壓限流，電容器C3濾波，DW穩(wěn)壓后供給的。二極管VD和電容器C2構(gòu)成開機(jī)防干擾電路，C1和C4也是抗干擾電容器。R3和C5構(gòu)成過壓緩沖網(wǎng)絡(luò)，以確保電路安全工作。計(jì)時電路計(jì)時電路受振蕩電路輸出的一個一定頻率的脈沖和路燈主電路給予的一個開啟電平控制。計(jì)時器為時分秒計(jì)時器的形式。能夠?qū)⒂?jì)時精確到秒，并且最大計(jì)時時間為100小時下面詳細(xì)介紹計(jì)時電路的電路圖及原理。3.2.1振蕩電路振蕩電路的是用來給秒計(jì)時器輸入一個脈沖，該脈沖的頻率為1HZ。如圖2.1圖2.1該振蕩電路為555定時器組成的多諧振蕩器。接通電源后③腳P10端能夠輸出一個周期為Is的矩形波。其振蕩頻率為/=1/(tpL+tpH)~1.43/[(R1+2R2)]=1HZ。因此對于R1、R2、C2的取值分別為10K、10K、47.7uF時就可以使輸出頻率為1HZ,也就滿足了使秒計(jì)時器按秒計(jì)數(shù)的目的。3.2.2秒計(jì)時器電路當(dāng)秒計(jì)時器同時接收到路燈電路給的開啟信號和振蕩電路給的脈沖時開始工作。此時計(jì)數(shù)譯碼電路從0開始計(jì)數(shù),當(dāng)?shù)竭_(dá)59時進(jìn)位給分計(jì)時器,使分計(jì)時器計(jì)數(shù)。而秒計(jì)時器通過七段數(shù)碼顯示器顯示進(jìn)位,數(shù)字顯示從0~59。其電路如圖2.2圖2.2此電路的原理為路燈電路的④腳P7端接到P1端來開啟計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。P2端接振蕩電路的P10端。該計(jì)數(shù)器由兩片DM74LS160AN芯片構(gòu)成,DM74LS160AN是十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器。將兩片連在一起后用反饋清零法構(gòu)成60進(jìn)制，即當(dāng)U2輸出為0110時，將Q1和Q2通過與作者： 第9頁 2013/4/11非門接到U2、U3的反饋清零端。同時將與非門的輸出端P3接到第二個計(jì)數(shù)器分計(jì)時器的脈沖端，使得分計(jì)時器計(jì)數(shù)。兩片芯片的輸出端QO、QI、Q2、Q3分別接一個ABCD-七段譯碼器，再通過七段數(shù)碼管顯示器顯示出來。3.2.3分計(jì)時器電路分計(jì)時器受秒計(jì)時器給的脈沖信號控制，同時P1端直接接到高電平VCC。其同樣是由兩片DM74LS16OAN組成的，其TC端對上升沿敏感，而從P3端輸出的是低電平，因此要將P3端輸出的信號經(jīng)過與非門使秒計(jì)時器在到達(dá)6O時變成上升沿，分計(jì)時器加1。分計(jì)時器也是6O進(jìn)制的計(jì)數(shù)器構(gòu)成的，因此結(jié)構(gòu)與秒計(jì)時器一樣，也同樣是根據(jù)反饋清零法來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)目的的。其具體電路如圖2.3圖2.3該電路與秒計(jì)時器芯片的連接方式完全相同，P5端由秒計(jì)時器給予脈沖。同樣將分鐘顯示在七段數(shù)碼顯示器上。3.2.4時計(jì)時器時計(jì)時器將區(qū)別于以上兩者，為達(dá)到最大限度計(jì)時的目的，時計(jì)時器將設(shè)計(jì)成1OO進(jìn)制的形式，不在需要向上上級進(jìn)位。也是將分計(jì)時器的P4輸出低電平經(jīng)過與非門變成高電平后輸入給時計(jì)時器的脈沖端P6。其原理與前者是相同的。電路圖如圖2.4

H0.H0.圖2.4因?yàn)閮善酒B接后直接可以構(gòu)成100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，所以將兩個二進(jìn)制輸出直接接到兩片ABCD七段譯碼器上即可。以上三個計(jì)時器構(gòu)成了完整的時分秒的計(jì)數(shù)，達(dá)到了精確到秒，最大到100小時的計(jì)時電路。完全可以滿足路燈在一次照明過程中的所需的時間。路燈開啟次數(shù)的電路在做路燈的開啟次數(shù)的電路設(shè)計(jì)時，有必要考慮到它的最大值，即最多能到多少次的問題。具體的幾次要結(jié)合實(shí)際需要。在此，暫且將它的最大值定到99次。也就是說該計(jì)數(shù)器為100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。將其設(shè)計(jì)成與以上的時計(jì)時器一樣即可。電路如圖3.1圖3.1圖3.1Pio端輸入的脈沖也是由④腳接一個與非門之后產(chǎn)生的上升沿給予的。其原理是一樣的。3.4電路之間的聯(lián)系以上電路分別為各個看起來分離的部分電路，通過下圖來完整的描述它們之間的連接關(guān)系。X X圖4.13.5集成芯片功能說明以上設(shè)計(jì)中用到的數(shù)字集成芯片有555定時器、十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160、BCD-七段顯示譯碼器。3.5.1555定時器555定時器的電路如圖5.1所示。它由三個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。rF-」如[lskQ2J 圖5.1分壓器為兩個電壓比較器ci、C2提供參考電壓。如5端懸空，則比較器C1的參考電壓為，加在同相端；C2的參考電壓為，加在反相端。是復(fù)位輸入端。當(dāng)=0時，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。正常工作時，=1。u11和u12分別為6端和2端的輸入電壓。當(dāng)u11>，u12>時，C1輸出為低電平，C2輸出為高電平，即=0，=1，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。當(dāng)u11<，u12<時，C1輸出為高電平，C2輸出為低電平，=1，=0，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管T截止，輸出端u0為高電平。當(dāng)u11<，u12>時，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。綜上所述，可得555定時器功能如表5.1所示。輸"TT輸i出U11LL唸輸出出晶體昔TO'X0導(dǎo)通0導(dǎo)通1截止保持表5.13.5.2十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160160的清除端是異步的。當(dāng)清除端/MR為低電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。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(jì)數(shù)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(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0－Q3同時變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對于54/74160，只有當(dāng)CP為高電平時，CEP、CET才允許

由高至低電平的跳變，而54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。160有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時，進(jìn)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。在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N位同步計(jì)數(shù)器。其邏輯功能表如表5.2。輸 入輸 出CPLDCLREPETQXX0XX全“L”t01XX預(yù)置數(shù)據(jù)t1111計(jì)數(shù)X110X保持X11X0保持表5.23.5.3BCD-七段顯示譯碼器BCD七段譯碼器的輸入是一位BCD碼（以D、C、B、A表示），輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動信號（以Fa?Fg表示），也稱4—7譯碼器。若用它驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管，則輸出應(yīng)為高有效，即輸出為高⑴時，相應(yīng)顯示段發(fā)光。例如，當(dāng)輸入8421碼DCBA=0100時，應(yīng)顯示，即要求同時點(diǎn)亮b、c寸、g段，熄滅a、d、e段,故譯碼器的輸出應(yīng)為Fa?Fg=0110011,這也是一組代碼，常稱為段碼。同理，根據(jù)組成0?9這10個字形的要求可以列出8421BCD七段譯碼器的真值表如表5.3

設(shè)計(jì)總結(jié)本課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為路燈控制器的設(shè)計(jì)，當(dāng)白天光照強(qiáng)度大時，路燈不工作，當(dāng)晚上光照強(qiáng)度弱時，路燈開啟，并通過輸出電平控制計(jì)數(shù)器和計(jì)時器工作，記錄路燈開啟的次數(shù)和開啟的時間。它由光信號控制電路、路燈驅(qū)動電路、計(jì)數(shù)譯碼電路和數(shù)碼顯示器組成。光信號控制電路、路燈驅(qū)動電路控制路燈的工作狀態(tài)，計(jì)數(shù)譯碼電路和數(shù)碼顯示器組成計(jì)數(shù)器記錄路燈亮起的次數(shù)，計(jì)時電路用于記錄路燈開啟的時間。設(shè)計(jì)過程中用Protel99SE作出電路的電路圖，然后使用Multisim11.0進(jìn)行仿真。經(jīng)過Multisim11.0的仿真。制作采用數(shù)字集成電路及少數(shù)外圍元器件，綜合了光控路燈和使用次數(shù)、時間的計(jì)數(shù)。白天光照強(qiáng)的時候路燈不亮，當(dāng)光照弱到一定程度（這個程度可以由用戶自己調(diào)節(jié)）時，路燈開始照明，并且該路燈電路還能輸出一個電平控制計(jì)數(shù)器和計(jì)時器工作。通過這次設(shè)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)其主要是用到了數(shù)字電子技術(shù)里的計(jì)數(shù)器的知識，同時還包括對七段譯碼器和