彩燈雙向循環(huán)電子技術(shù)課程設(shè)計實驗報告

1、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟技術(shù)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計報告書課題名稱一種多種波形發(fā)生器設(shè)計姓名汪亦嘉學(xué)號150103233院、系、部機械工程系專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化指導(dǎo)教師李 琰2017年6月13日i一、設(shè)計任務(wù)及要求:1、用中規(guī)模計數(shù)器設(shè)計雙向流動彩燈控制器。2、要求彩燈雙向流動點亮，其閃爍頻率在 110hz內(nèi)可調(diào)。3、要求用555定時器設(shè)計時鐘脈沖，五路彩燈采用五個發(fā)光二極管代替 設(shè)計要求4、雙向流動彩燈控制器的直流穩(wěn)壓電源要求自行設(shè)計。5、在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。6、根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。7、畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。指導(dǎo)教師簽名：2017年6月

2、日二、指導(dǎo)教師評語:指導(dǎo)教師簽名：2017年6月 日10二、成績指導(dǎo)教師簽名：2017年6月 日、設(shè)計目的1、對模擬電子技術(shù)的的直流電源中的整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)加深印象。2、了解直流電源各部分的結(jié)構(gòu)。3、力口深對于555定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理解。4、將74ls161改為十六進(jìn)制以內(nèi)的任一進(jìn)制計數(shù)器。5、mulsitim電路仿真軟件應(yīng)用靈活。二、方案論證設(shè)計一個雙向彩燈控制器，控制五路彩燈。方案一：以555定時器為基礎(chǔ)連接成多諧振蕩器產(chǎn)生周期在 110hz矩形時鐘脈 沖，用以啟動74ls161計數(shù)器。并用74ls161構(gòu)成八進(jìn)制加法計數(shù)器通過 74ls138 譯碼器輸出給五個彩燈，實現(xiàn)雙向循環(huán)。

3、方案一原理框圖如圖 1所示。多諧振蕩器一八進(jìn)制加法計數(shù)器 一 譯碼器 一 彩燈圖1雙向彩燈控制器方案一的原理框圖方案二：與方案一的第一部分原理相同同樣采用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，用來產(chǎn)生110hz的周期矩形時鐘脈沖，啟動計數(shù)器。第二部分采用四進(jìn)制加法計數(shù)器 和四進(jìn)制減法計數(shù)器結(jié)合實現(xiàn)循環(huán)，第三部分同樣采用74ls138譯碼器輸出給五路彩燈，實現(xiàn)循環(huán)。方案二原理框圖如圖 2所示。四進(jìn)制加法計數(shù)器多諧振蕩器四進(jìn)制減法計數(shù)器圖2雙向彩燈控制器方案二的原理框圖最終本設(shè)計采用的是方案一，只采用一個八進(jìn)制加法計數(shù)器，循環(huán)簡單方便，僅 需一次循環(huán)就可實現(xiàn)五路彩燈雙向流動。在考慮成本的條件下，節(jié)省器件。所

4、以方案 一更加合適。三、電路設(shè)計1 .直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電源電路包括四個部分，單項交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波 電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的直流電源。輸入電壓為 220v電壓，需要通過電源變壓 器降壓后再對交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電轉(zhuǎn)化為直流 電壓。整流后的電壓含有較大的交流分量會影響電路的正常工作，因而為減小電壓的 脈動，需要通過低通濾波器，使輸出電壓平滑。濾波后的電壓變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直 流電壓。最后通過穩(wěn)壓電路使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)波動和負(fù)載電阻變化的影響， 從而獲得足夠高的穩(wěn)定性的直流電壓。其方框圖原理圖如圖3和圖4所示。正弦波電源變壓器f整流

5、電路f 濾波電路穩(wěn)壓電路圖3直流穩(wěn)壓電源電路方框圖u1圖4 電路原理圖2 .多諧振蕩器電路多諧振蕩電路由555定時器連接而成，555定時器是一種常用的定時器集成電路 芯片。它有兩個比較器c1和c2,每個比較器的一個輸入端接到三個 r電阻組成的分 壓器上，輸出分別接sr鎖存器輸入端。555集成電路的輸出級為推拉式結(jié)構(gòu)，此外芯片內(nèi)部還有一個集電極開路的放電晶體管 td。工作原理為： r'd=0 時，vo=0, td 導(dǎo)通。 r'd=1、 uth>2vcc/3、 utr'>vcc/3 時,vo=0, td 飽和導(dǎo)通。 r'd=1、uth<2vcc/3

6、、utr'>vcc/3 時，q'、q 不變，vo 不變，td 狀態(tài)不 變。 r'd=1、uth<2vcc/3、utr'<vcc/3 時，q'=0、q=1, vo=1, td 截止。 r'd=1、uth>2vcc/3、utr'<vcc/3 時，q'=q=1, vo=1, td 截止。將555定時器的vi1和vi2連在一起，然后將v0經(jīng)rc積分電路接回輸入端就構(gòu) 成多諧振蕩器。接通 vcc后，vcc經(jīng)r1、r2和r3對電容c3充電。當(dāng)vc上升到 2vcc/3時，uc=0, t導(dǎo)通，c通過r2和t放電，uc

7、下降。當(dāng)uc下降到vcc/3時， uo又由0變?yōu)?, t截止，vcc又經(jīng)r1、r2和r3對c3充電。如此重復(fù)上述過程, 在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。兩個暫穩(wěn)態(tài)維持時間t1和t2分別可通過rc電路過渡過程公式來進(jìn)行計算:t1=0.7(r1+r2+r3)ct2=0.7r3ct=t1+t2=0.7(r1+r2+2r3)所以當(dāng)頻率在170hz時，周期為0.11hz,所以選擇c=5f r1=300k的滑動變阻 器 r2=r3=10k當(dāng)滑動變阻器r1在最左端時，r1=0t=0.7x(10k+2x10k) x4.8f=0.1008當(dāng)滑動變阻器r1調(diào)到最右端時，r1=300kt=0.7x (300k+1

8、0k+210k) x 4.8 f=1.1088555定時器的原理圖，引腳排列圖和多諧振蕩器原理圖如圖5、圖6和圖7所示(圖5 555定時器原理圖rd - 45一 %一放鞠5yco圖6 555定時器引腳排列圖vcc5.0v圖7多諧振蕩器電路原理圖555定時器引腳功能為腳1接地端gnd腳2觸發(fā)器輸入端tr'腳3輸出端out腳4復(fù)位端r'd腳5控制電壓輸入端 vco腳6閾值輸入端th腳7放電端disc腳8電源端vcc3 .八進(jìn)制加法計數(shù)器電路74ls161為十六進(jìn)制異步清零計數(shù)器，當(dāng) rd'=0時所有觸發(fā)器將同時被置零，而 且置零操作不受其它輸入端狀態(tài)的影響。當(dāng)rd,=1、l

9、d'=0時，電路工作在同步預(yù)置數(shù)狀態(tài)。通過clk時鐘脈沖進(jìn)行觸發(fā)，每一次脈沖到達(dá)時，將本d0 di d2 d3中存儲的數(shù)在q0 qi q2 q3端輸出。將其連接為八進(jìn)制計數(shù)器實現(xiàn)從 00000111八位循 環(huán)，當(dāng)每一次時鐘脈沖到來時進(jìn)行計數(shù)。然后通過譯碼器實現(xiàn)輸出控制彩燈，使 0000 控制 led1,0001 和 0111 控制 led2,0010 和 0110 控制 led3,0011 和 0101 控制 led4 , 0100控制led5,由此實現(xiàn)五路雙向流動。74ls161弓i腳排歹圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、電路 原理和邏輯功能表如圖8、圖9圖10和表一所示ice c g “1 o2 0

10、3 et ldrq :訃16 15 1413 12 11 1u 9y74(ls)16112345678tttttttt即'clk dn du % da ep gat)圖8 74ls161引腳排列圖圖9八進(jìn)制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖vcc圖10由74ls161構(gòu)成八進(jìn)制計數(shù)器電路圖表1 74ls161邏輯功能表clkrd'ld 'epet工作狀態(tài)x0xxx異步置數(shù)t10xx同步預(yù)數(shù)置x1101保持x11x0保持t1111計數(shù)4 .譯碼顯示電路a2、a1、a0為二進(jìn)制譯碼輸入端，y1' y7'為譯碼輸出端（低電平有效）， s1、s2'、s3'為選

11、通控制端。當(dāng)s1=1、s2' +s3' =0時，gs輸出高電平（s=1）。譯 碼器處于工作狀態(tài)，輸出有效的低電平。當(dāng)y0'輸出有效低電平時，其他引腳輸出無效高電平然后通過非門使 led1導(dǎo)通，y7'控制led5方式與led1相同。yi'和y2' 通過與非門控制led2,當(dāng)其中一端輸出有效低電平時，led2被點亮，led3、led4 控制方式與此相同，當(dāng)y0'y7'依次輸出有效低電平時，五路 led彩燈依次被點亮， 實現(xiàn)雙向流動。74ls138弓i腳排歹1圖、邏輯功能表和電路原理圖如圖11、圖12和表2所示vcc n ii 八八 y

12、 y616151413121110974l 5 3 si z- gndr9100-l圖11 74ls138引腳排列圖圖12 由74ls138和led構(gòu)成的譯碼顯示電路原理圖表2 74ls138邏輯功能表輸入輸出sa/】 a。鵬 y1, y y y y； v70xxxx11111111x1xxx11111111100 0 00 1111111100 0 110111111100 1 0110 11111100 1 11101111101 0 011110101 0 111111011101 1 011111101101 1 111 i 1110四、性能的測試1.直流電源

13、性能測試直流電源電路圖測試及仿真結(jié)果圖如圖 13圖和圖14所示u1圖13直流電源電路圖力比表xmm 1a v | | q j0 圖14 直流電源仿真結(jié)果圖（1）11圖14 直流電源仿真結(jié)果圖（2）2.多諧振蕩電路測試調(diào)節(jié)滑動變阻器，多諧振蕩器可輸出頻率在 試電路及仿真結(jié)果如圖15、圖16所示110hz范圍可調(diào)的周期矩形波，測ii4.b|7冰收圖15多諧振蕩器測試電路18圖16多諧振蕩器仿真結(jié)果3.電路整體性能測試彩燈雙向流動仿真結(jié)果如圖17,、圖18、圖19、圖20和圖21所示,反向流動仿真 結(jié)果如圖21到圖17所示。圖17 led1被點亮圖18 led2被點亮圖19 led3被點亮圖20 l

14、ed4被點亮圖21 led5被點亮五、結(jié)論利用mulsitim13.0軟件進(jìn)行仿真測試，頻率滿足 110hz范圍內(nèi)可調(diào)，且彩燈 滿足雙向循環(huán)。所以設(shè)計滿足要求。六、課設(shè)電路體會及合理化建議在本次課程設(shè)計中，共有直流穩(wěn)壓電源，多諧振蕩器，八進(jìn)制加法計數(shù)器，三輸 入八輸出譯碼器四個主要模塊，包括模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)的知識。在直流穩(wěn) 壓電路的設(shè)計過程中，我對模擬電子技術(shù)的的直流電源中的整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié) 又重新復(fù)習(xí)了一遍，溫故而知新，這次學(xué)習(xí)不僅僅是了解直流電源各部分的結(jié)構(gòu)，而 是自己動手設(shè)計一個電源，所以印象更加深刻；多諧振蕩器環(huán)節(jié)是利用555定時器連接而成，通過調(diào)節(jié)電阻大小控制周期與頻

15、率，對于555定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了更深的理解；74ls161為十六進(jìn)制計數(shù)器，在學(xué)習(xí)中我對它的使用更加得心應(yīng)手，知道如何 將其改為十六進(jìn)制以內(nèi)的任一進(jìn)制計數(shù)器；在仿真過程中，彩燈點亮的那一刻，我無 比興奮。我們以前的學(xué)習(xí)都是通過書本理解，只有在實踐中才能真正理解知識。在本 次課程設(shè)計中，我收獲了許多知識，對 mulsitim電路仿真軟件應(yīng)用起來也更加靈活。 不僅對于臨近考試的我們有很大幫助，對于以后的學(xué)習(xí)與研究也受益匪淺。參考文獻(xiàn)1閻石主編.數(shù)字電子技術(shù).m北京：高等教育出版社，2006年2陳振官等編著.新穎高效聲光報警器.m北京：國防工業(yè)出版社，2005年3童詩白、華成英主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).m北京：高等教育出版社，2006年4董玉冰主編.multisim在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用.m北京：清華大學(xué)出版社，20085高吉祥主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.m北京：電子工業(yè)出版社，2005年附錄i總電路圖u1附錄ii元器件清單在舁 廳p編號名稱型號數(shù)量1v1交流電源220v12t1變壓器1