电子技术的课程设计.doc

辽宁工程技术大学电子技术课程设计目录1方案设计与分析11.1 方案设计11.1.1方案一11.1.2 方案二11.2 方案分析比较22 设计框图及原理32.1 设计电路框图32.2 设计原理33 模块设计及原理解析53.1 整流电路模块53.2 555定时器73.2.1 555定时器的介绍73.2.2 施密特触发器93.2.3 多谐振荡器103.3 74LS160N构成的循环控制器124 总体电路及运行分析144.1 整体电路图144.2 电路运行分析15心得体会16综述广告灯箱在城市生活中广泛应用，商场，店铺，娱乐场所等公共场所都少不了广告宣传。单一色彩的广告灯箱无法吸引人们的注意力，难以达到广告设计宣传的预期目标，已不能满足人们的要求，在此种情况下七色广告灯箱应运而生。本文介绍的七色广告灯箱，采取的是白天熄灭，晚上自动点亮；七种色彩循环变化。不仅增强了广告宣传的效果，并且为城市的夜生活添上一抹色彩。通过查阅数字电子技术基础模拟电子技术基础等书籍，在网络上查阅相关资料，确定了设计方案，该控制器采用了桥式整流电路，稳压电源电路，光控开关电路，时钟脉冲发生器，灯光控制等构成。利用555定时器，74LS160芯片等构成相关电路。通过本次课程设计，不仅对相关的理论知识有了进一步掌握，同时培养了我们的动手能力和对电子技术的兴趣。1方案设计与分析1.1 方案设计1.1.1方案一用三极管和光敏电阻接成开关电路，在夜晚时输出高电平驱动74LS160芯片组成的循环控制器，利用555计时器接成多谐振荡器输出脉冲信号控制循环控制器，循环控制器控制七色彩灯循环变化的效果。1.1.2 方案二为实现控制七色灯循环变化，采用555定时器接成施密特触发器，在电路中接入光敏电阻以控制输出电平；由74LS160芯片接成的循环控制器接收前一级输入的电平信号，在夜晚启动电路开始工作；再由555定时器接成周期可调的多谐振荡器用以控制循环控制器的工作周期。循环控制器控制灯的变化，进而达到设计要求的效果。1.2 方案分析比较方案一和方案二均满足设计要求，在其与外部条件均满足的情况下，可以实现控制七色广告灯箱的色彩变换。但是由于方案一中采用的晶体管性能受温度影响较大，电路工作状态不够稳定，无法保证电路正常工作。电路二中采用555定时器接成施密特触发器，电路中接入光敏电阻用来控制输出电平，由于芯片工作性能受外界调节影响较小，电路工作状态相对稳定。能够更好的实现设计要求。综合分析比较，选定方案二进行设计论述。2 设计框图及原理2.1 设计电路框图图 2-1 七色广告灯箱控制器原理框图2.2 设计原理本设计中用到桥式整流电路，555定时器分别用作施密特触发器和多谐振荡器，74LS160接成七进制构成循环控制器，红、白、绿三色灯以不同组合循环变化。设计中直接应用220v交流电进行供电，通过桥式整流电路将交流电转变为直流电，进而通过滤波电路和稳幅电路获得稳定输出的直流电源。555定时器接成施密特触发器，其中光敏电阻的阻值受光线影响，从而使施密特触发器输出电平改变。74LS160是十进制计数器，在设计中采用置数法使之按照00010111循环变化控制七色灯箱。利用555定时器接成周期可调的多谐振荡器，通过改变电阻R的阻值来调节电路输出脉冲的占空比；从而控制循环控制器的工作周期，进而控制灯的变换次序。3 模块设计及原理解析3.1 整流电路模块图 3-1 整流电路图图 3-2 方正波形图电路的输入端直接输入220V交流电压，通过调节变压器的原副线圈的变比，从而在副边获得低电压，然后通过桥式整流电路转变为直流电。桥式整流电路为全波整流，全波整流就是交流电的正负半周都被利用，效率较高。单相桥式整流电路由四个二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压U2的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。为达到这一目的，就要在U2的正、负半周期内正确引导流向负载的电流。设变压器副边两端分别为1、2，则1为“+”、2为“-”时应有电流流出1点，1为“-”、2为“+”时应有电流流入2点；相反，1为“+”，2为“-”时应有电流流入2点，1为“-”，2为“+”时应有电流流出2点；因此，1、2两点对应接两只二极管的阳、阴极。交流电变为直流后需要进行滤波，当变压器的副边电压U2处于正半周期并且数值大于电容两端电压Uc时，二极管D1、D3导通，电流一路流过负载，另一路对电容C充电。当U2到峰值后下降，电容C通过负载放电，到达一定数值后，D1、D3截止；当U2在负半周期的电压值大于Uc时，D2、D4导通，C充电到一定值后通过负载放电到一定值，通过上述的规律滤波后，输出波形比较平滑，平均值也得到提高。在滤波后，通过LM7805CT芯片后，工作正常，输出电压稳定。综上所述，桥式整流电路巧妙的利用了二极管的单向导电性，将四个二极管接成整流桥，根据变压器副边的电压U2的极性分别导通，将变压器电压的负极性端与负载的下端相连接，正极性端与负载的上端相连，从而可以在负载的两端输出直流电压。经过分析有变压器副边的电压U2，通过桥式整流电路整流后的输出电流Il、输出电压U的波形如图3-2所示，其中Il、Ul均为单方向的全波脉动波形。图 3-3波形分析3.2 555定时器3.2.1 555定时器的介绍555定时器是一种集成电路芯片，常被用于定时器、脉冲发生器和振荡电路。555可被作为电路中的延时器件、触发器或起振元件。于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性，直至今日仍被广泛应用于电子电路的设计中。许多厂家都生产555芯片，包括采用双极型晶体管的传统型号和采用CMOS设计的版本。555定时器有以下应用：（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路和脉冲鉴幅等；（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；（3）构成单稳态触发器，用于一些定时开关电路中。555定时器电路结构如图3-3示图 3-4 555定时器电路结构555定时器的功能主要有两个比较起决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3，如触发输入端电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为低电平，可使RS触发器置1，使输出端输出高电平，如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出0，C2输出为1，则可将RS触发器置0，使输出端输出低电平。表 3-1 555定时器功能表RdTHTRVoTd状态0XX低导通12VCC/3VCC/3低导通1VCC/3不变不变12VCC/32VCC/3VCC/3高截止3.2.2 施密特触发器图 3-5施密特触发器电路仿真图图 3-6仿真波形图555定时器组成的施密特触发器，从输入端给定一个恒定的电压信号，作为比较基准电压，使之等于VCC/3，当光敏三极管在白天时阻值很小，故而在C2的反相输入端得到的电压小于VCC/3，从而在输出端获得低电平，使后面的电路在低电平控制下无法工作；在夜晚时，阻值增大，因而在C2的反相输入端获得的电压大于VCC/3，进而在输出端输出高电平，控制后面的电路正常工作。3.2.3 多谐振荡器555定时器接成多谐振荡器，脉冲按设定的周期输出，作为控制循环控制器的工作时钟信号。图 3-7多谐振荡器仿真电路图 3-8 仿真波形图多谐振荡器是能够产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除了含有基波外还有丰富的高次谐波，故而称之为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素作用下，电路就在两个稳态之间来回转换，由555定时器构成的多谐振荡器如图3-6所示，R1、R2、R3、C为外接定时元件，电路按图3-6所示连接。由于电源接通瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压为低电平，小于VCC/3，故高电平触发端和低电平触发端均为低电平，输出Uo为高电平，TD截止。这时电源经过电阻对电容充电，电压Uc按规律上升，当Uc=2VCC/3时，输出Uo为低电平，TD管导通，充电时间T=（R1+R2+R3）*C1。由于TD管导通，电容C1通过电阻和晶体管放电，当Uc下降到VCC/3时，输出Uo为高电平，电容C再次充电，TD管再次截止，让后重复第一个过程，电路一旦震荡起来，Uc的电压总在（1/3-2/3）VCC之间变化。进而可以按要求输出设计要求的波形。3.3 74LS160N构成的循环控制器循环控制器是本次设计的核心单元，用以控制红、白、绿三色灯的变化规律，设计中采用十进制计数器74LS160N芯片通过置数法接成七进制计数器。图 3-9 计数器示意图表 3-2 74LS160逻辑功能表CLKRDLDEPET工作状态X0XXX置零10XX预置数X1101保持X11X0保持1111计数有功能表可知，在此次设计中，采用的是置数法，在输入端的DCBA接成0001，置零端悬空相当于接高电平，ET、EP接在一起接收前一级施密特触发器输出的电平信号，当输入高电平时，计数器开始共工作，接收多谐振荡器输出的脉冲信号，当上升沿到达时，计数器计数一次，QD、QC、QB、QA按0001001000110100010101100111的规律循环变化。当状态变化到0111时，通过与非门输出低电平信号返回给置数端LD，从而开始新一轮的计数。计数的时间间隔有多谐振荡器的工作周期决定，可以通过调节振荡器的占空比来调节彩灯的变化节奏。如果施密特触发器给出低电平，RD=0时，计数器工作在指令状态，停止计数器停止工作灯也就不会亮。由于74LS160的预置数是同步的，即LD等于0以后，还要等下一个CLK信号到来时才置入数据，而此时LD=0的信号已经稳定建立，所以信号稳定可靠性高。电路工作状态稳定。4 总体电路及运行分析4.1 整体电路图对设计各个模块进行了电路组建、仿真、和电路特性的分析后，确保各个模块能够正常完成预定的功能，然后将其中各模块组合起来测试部分电路是否能够完成功能，最终将各个模块组装完成整体电路，对整体电路进行调试后，达到预期目标。图 4-1 整体电路图设计最终组合电路如图4-1所示，在调试过程中对电路各参数进行修改，对前后各级电路之间的耦合方式采取相应措施，对需要进行放大的环节加上三极管构成放大电路，对于需要限流的环节添加电阻，对电容值的设定通过计算后进行设定，在确定一系列的的参数后，利用Multisim软件进行仿真，最终确定电路是否合理。4.2 电路运行分析电路直接接入220V交流电源，通过调节变压器的变比使之降压为15V，然后经过桥式整流电路得到了单向的脉动电压，然后通过电容和电阻组成的滤波电路，从而获得较平滑的电压，再由LM7805CM芯片稳幅输出5V直流电源。白天时，光敏三极管阻值很大，电阻分压很小，555定时器不工作。夜晚时，光敏电阻阻值小，此时的555定时器外加电源的作用下开始工作，输出高电平使后边的三极管工作再放大状态，从而为下一级电路供电，此处的晶体管相当于开关。555定时器接成的施密特触发器工作，通过调节R3的阻值来调节输出信号的占空比。输出的脉冲信号作为循环控制器(76LS160)的时钟信号，当循环控制器的ET=EP=RD=1时，时钟信号的上升沿到达时，计数器工作，完成计数。输出端QA、QB、QC分别控制红、白、绿三色灯。状态从0001到0111变化，当变化到0111时，通过一个与非门将置数信号送回到芯片的置数端，在工作过程中这个变化在循环控制器的控制下循环往复。灯的色彩按照三色的不同组合交替出现，完成色彩变换，吸引行人注意力，增强广告宣传效果的目的。计数器后面所接的三个晶体管起电流放大作用，是有足够大电流能够使彩灯发光。彩灯串联的电阻起保护作用，以免彩灯被烧坏。在实际应用中，光敏三极管应当置于有光处，而其余的元件则应该放在灯箱内部避免阳光直射，灯光的保持时间可以调节R3来获得。心得体会这是我大学学习中的第一次课程设计，起初十分茫然，再通过老师的讲解和查阅资料后，对课题有了初步认识。参阅相关资料做出了设计方案，对方案进行分析后，开始元件选取和电路组建，在实践过程中，对所学的数电和模电知识有了更深刻的理解，对原来未明白的地方通过实践有了更好的理解。从一窍不通到熟练运用软件，在设计的过程中，我学会了仿真软件Multisim的应用，在无人指导的情况下，我通过自己动手组建简单电路和查阅资料，熟悉了软件操作，并在设计中运用软件仿真辅助课程设计。一周的课程设计让我的动手能力有了很大的提高，增强了我对专业知识学习的兴趣，通过独立思考解决问题培养了我的思维能力和自信心，同时也使我认识到自身的不足，在设计过程中，有许多问题还需要通过不断学习来解决。使我更加坚定了好好学习专业知识的决心。同时很感谢陈老师在此次课程设计中对我的指导，老师严肃的治学精神和精益求精的工作作风，深深地感染了我。在完成设计过程中，老师始终如一的给予了我细心地指导和不懈的支持。他一丝不够的工作作风是我学习工作的榜样，他循