電子技術課程設計--光控自動閃爍路標燈

1、北京交通大學電子技術課程設計題目：光控自動閃爍路標燈學院：電氣工程學院組號：第六組 組員：XXX指導老師：寧 濤電子技術課程設計光控自動閃爍路標燈（XXX）一選題意義和研究內(nèi)容1.選題意義：光控自動閃爍路標燈的電路較為簡單，它可在夜間循環(huán)發(fā)光，而在白天自動關閉，可用于家庭、商店等彩燈裝飾中。在白天既起到了節(jié)能的目的，在夜晚又起到了發(fā)出循環(huán)閃爍的功能。 2.研究內(nèi)容：從題目上看，本裝置主要完成了兩方面的內(nèi)容。一個是光控電路實現(xiàn)燈的熄滅與打開，另一個是燈的閃爍。本裝置通過光敏二極管感應光強，通過發(fā)光二級管模擬燈，使用計數(shù)器來實現(xiàn)控制二極管的閃爍。 3.技術指標：光敏二極管對光強的感應。發(fā)光二級管的

2、閃爍頻率，閃爍周期為1-10s。二電路設計 1.電路組成：光控自動閃爍路燈由多諧振蕩器、光控驅(qū)動電路組成。多諧振蕩器由電阻、電容和反相器組成，光控驅(qū)動通過光敏電阻實現(xiàn)。 2.電路工作原理：IC1為六項反向/變換器集成電路CD4049，CD4049和外圍元件組成多諧振蕩器，其振蕩周期由電位器RP調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍為1-10s。IC2是十進制計數(shù)器CD4017，在仿真中由于沒有光敏二極管故通過開關模擬。白天，光敏二極管導通，電源電壓經(jīng)光敏二極管送至計數(shù)器IC2的16腳清零端，計數(shù)器復位，其輸出端Q1-Q9均輸出低電平，發(fā)光二級管LED1-LED18均不發(fā)光。當夜晚來臨時，光敏二極管截止，IC2的16腳

3、與電源電壓隔離開來，計數(shù)器開始工作，由多諧振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖送入IC2的計數(shù)輸入端14腳，其輸出端Q1-Q9依次輸出高電平，發(fā)光二級管LED1-LED18按順序點亮發(fā)光。循環(huán)一個周期后，又重新循環(huán)發(fā)光。電路共有九組發(fā)光二級管組成，而每組兩只串聯(lián)，通過18個發(fā)光二極管適當排列可以形成閃爍的路標符號。 CD4049集成電路的內(nèi)部由六項反向緩沖/變換器單元組成，能夠?qū)崿F(xiàn)高低電平的轉換，本電路利用其構成多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘信號。調(diào)節(jié)電位器RP可改變多諧振蕩器的振蕩頻率，可達到調(diào)節(jié)彩燈循環(huán)變幻的速度。也可由本電路IC2的Q1-Q9端去觸發(fā)晶閘管，由晶閘管控制白熾燈。 循環(huán)閃爍部分 電阻電容組成的多諧振蕩

4、器3.電路圖電路圖三元件清單及參數(shù)選擇（1）芯片：CD4017，CD4049,NE555,74LS00各一（2）二極管：發(fā)光二極管19個，光敏二極管1個（3）電阻：680K，100K，1M電阻各一，1M電位器1個（4）電容：10uF電容一個四仿真及結果 實現(xiàn)了在開關打開時，LED燈循環(huán)閃爍。五實驗過程 1.實驗改進 （1）由于該電路實現(xiàn)的功能過于單一，故在原有功能的基礎上進行功能拓展。增加在白天即在光敏二極管閉合的情況下增加常亮的的部分。由于閃爍部分閃爍方向單一故增加可以實現(xiàn)雙向閃爍的模塊，實現(xiàn)了向左和向右閃爍，向左部分其原理同向右部分。 向右移的部分 向左移的部分 光敏二極管導通時常亮部分

5、電阻電容組成的多諧振蕩器 改進圖（2）在實際操作過程中由于由電阻電容與非門組成的多諧振蕩器產(chǎn)生的方波波形不夠理想，故將多諧振蕩器部分改進為555芯片與電阻電容組成的多諧振蕩器，其余部分不變。由555組成的多諧振蕩器部分2.實驗過程 由原理圖連接實物采用模塊化的思想，即每連接完成一個功能模塊就進行功能檢測。光敏二極管先使用開關代替 （1）555多諧振蕩器的連接，使用示波器測試輸出波形。 （2）CD4017兩個十進制計數(shù)器輸出端分別與發(fā)光二級管相連，注意輸出的發(fā)光二級管之前連接限流電阻。 （3）先使用信號源發(fā)出方波測試，給定頻率為800HZ左右的方波作為CD4017的時鐘輸入，先將置位端接低電平，

6、保證CD4017處于一直工作的狀態(tài)。 （4）測試二極管是否正常循環(huán)，若不正常則進行測試。3.實驗中遇到的問題及解決方案 （1）由于與非門與電阻電容組成的多諧振蕩器產(chǎn)生的方波不夠穩(wěn)定，即上升沿與下降沿不夠明顯，所以考慮產(chǎn)生方波更為穩(wěn)定，上升沿與下降沿更為明顯的555構成的多諧振蕩器替換與非門與電阻電容組成的多諧振蕩器 （2）第一次連好電路由于發(fā)光二級管沒有接入限流電阻導致第一次發(fā)光時光強很強，后幾次不再發(fā)光，所以直接替換掉以前的二極管并且接入1k的限流電阻。 （3）在用示波器測試多諧振蕩器能正常產(chǎn)生波形之后作為CD4017的時鐘信號與CD4017的時鐘端相連，接上電源發(fā)現(xiàn)輸出的發(fā)光二級管全部發(fā)光

7、。這里我們考慮了以下幾個錯誤。第一，發(fā)光二極管的連接問題導致CD4017輸出短路，使發(fā)光二級管同時發(fā)光，用萬用表的蜂鳴端依次檢查后排除。第二，考慮是否是LED閃爍頻率過快導致不能分辨，經(jīng)理論計算555發(fā)出的頻率為1.6KHZ左右的信號，考慮將R1更換為阻值1M的電位器，再次檢驗后沒有錯誤，發(fā)光二級管以可見的速度進行循環(huán)，調(diào)節(jié)電位器可以改變燈循環(huán)的速度。循環(huán)速度1-10s4.實驗現(xiàn)象及結果電路完成圖電路工作圖（LED燈循環(huán)）使用開關進行控制5.實驗結果分析光控指示燈中的“光控”，主要是通過一個光敏二極管實現(xiàn)，其作用相當于開關，這就是為什么我們在做仿真時先用開關代替的原因?！肮饪亍彼獙崿F(xiàn)的是：白

8、天光照強，光敏二極管處于導通狀態(tài)，也就是開關閉合狀態(tài)，此時4017計數(shù)器的清零端15輸入高電平，指示燈不亮；晚上光照很弱，光敏二極管處于截止狀態(tài)，也就是開關斷開，計數(shù)器未收到清零信號而得以開始工作。仿真電路結果正常。實際接電路時，將光敏二極管接于仿真電路中的開關處，用以控制清零信號15端的輸入。但無論在光照還是黑暗，光敏二極管都處于截止狀態(tài)，結果與預期相差甚遠。為掌握光敏二極管工作條件，經(jīng)查找資料，得知光敏二極管應工作在反向電壓下，于是設計如下電路進行測試。但實際連接后，無論光照還是黑暗，LED均不亮。為尋找原因，進一步查閱光敏二極管主要參數(shù)和一些應用電路。原來光敏二極管工作時的導通電流，即光

9、電流僅為100微安左右，實際應用的光敏二極管開關電路必須將電流進行放大，如下圖所示。很遺憾，我們關于光敏二極管的預備知識和準備工作欠缺，以致“光控”這一環(huán)節(jié)的實驗電路并未做出，這是一個相當大的失誤。由此得到深刻的教訓，設計電路一定需掌握每一元件的使用原理，不能想當然。電子設計中的各個電路一環(huán)扣一環(huán)，這一次的體會對今后的電路設計有著深深的警示。六實驗總結 1. 本實驗設計思路來自電子設計課程設計類圖書，并通過初步改動成功在仿真軟件Multisim 11.0上實現(xiàn)，LED燈以可見的速度進行循環(huán)。 2.在老師的指導下進行了對電路第一步的改動，即進行功能上的拓展，實現(xiàn)了在一定條件下的雙向閃爍，再次反映

10、在仿真中成功實現(xiàn)了功能的拓展。 3.在實物的連接中，采用模塊化的思想，分部實現(xiàn)了電路功能，并對每一步的實驗結果進行測量，完成了實驗參數(shù)的修正，及對電路的第二步改動。 4.對于不正確的結果如LED燈循環(huán)速度的設定，通過分析再次修正元器件參數(shù)，完成了第三步改動。 5.對于仍然不正確的結果通過查找資料得到可能正確的分析。七心得體會 仿真結果與實際結果又較大差距，不能盲目相信仿真結果。例如在仿真中給計數(shù)器CD4017頻率過高的時鐘信號，LED燈仍能以可以分辨的速度進行閃爍，這在實際過程中是不可能實現(xiàn)的，實際中LED燈會看起來常亮，所以對每一部分進行結果分析顯得十分重要。 調(diào)試過程中以實驗現(xiàn)象為輔助，主要觀察各類數(shù)值，如萬用表的示數(shù)和示波器的波形。通過萬用表的示數(shù)