《专业课程设计（一）》课程设计说明书-自动循环调光灯电路的设计.doc

武汉理工大学专业课程设计（一）课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导老师： 工作单位： 题目：自动循环调光灯电路的设计初始条件：直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求以及说明书撰写等具体要求）1、 技术要求：设计一种自动循环调光灯电路，可以使灯在熄灭、微亮、较亮及最亮四种状态中不断地循环工作。要求灯光变化的循环速度可以进行调节。2、 主要任务：（一）设计方案（1） 按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；（2） 以NE555和CD4017集成电路为主芯片，设计一种调光灯电路（实现方案）；（3） 依据设计方案，进行预答辩；（二）实现方案（4） 根据设计的实现方案，画出电路逻辑图和装配图；（5） 查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；（6） 在面包板上组装电路；（7） 自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求；（8） 撰写设计说明书，进行答辩。3、 撰写课程设计说明书：封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期任务书目录（自动生成）正文：1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案；4、调试过程及结论；5、心得体会；6、参考文献成绩评定表时间安排：课程设计时间：19周20周19周：明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩；20周：按照实现方案进行电路布线并调试通过；撰写课程设计说明书。指导教师签名： 年 月 日系主任（或负责老师）签名： 年 月 日本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别男专业、班级电子信息科学与技术 0702课程设计题目：顺序定时控制电路设计课程设计答辩或质疑记录：1 555定时器8接口的功能答：555定时器8接口的功能是接入工作电压，是定时器能够开始工作。2 与6，7接口相连的电容的作用答：该电容的作用是定时时间的影响因素之一，它和可调电阻共同调节定时的时间，将电容及电阻调在合适值能够观察到较明显的数序定时现象。3 本实验除了用灯来反映定时时间外，还可以用哪些方法来反映定时时间，提出方案答：除了可以利用灯来反映定时时间外，也能够用示波器来反应定时时间，不过由于接口个数问题，最多只能观察两个单稳态电路的定时现象。成绩评定依据：评定项目考察点分数所占比例折合分数总成绩（百分制）方案设计及预答辩设计方案的合理性答辩30电路布线及调试电路布线的合理性电路的调试30说明书及答辩说明书撰写的规范性答辩40最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日目录1 技术指标42 设计方案及其比较42.1 方案一42.1.1 方案实现原理及其使用器材42.1.2 方案原理图62.2 方案二72.2.1 方案实现原理及其使用器材72.2.2 方案原理图82.3 方案三82.3.1 方案实现原理及其使用器材82.3.2 方案原理图92.4 方案比较103 实现方案103.1 方案实现原理及其器材103.2 实现方案的电路图及各器件功能114调试过程及结论125心得体会136参考文献14顺序定时控制电路设计1 技术指标 设计一个三级顺序定时控制电路，要求各级电路定时的时间可调，上一级电路定时完成后触发下一集电路开始定时，能够观察到比较明显的顺序定时现象，采用元件有NE555芯片3块，面包板1块，直流稳压可调电源一台，万用表一块，电阻电容若干，剪刀，镊子，导线等必备工具。 2 设计方案及其比较2.1 方案一2.1.1 方案实现原理及其使用器材 NE555引脚图如下： 图1 NE555引脚图NE555简介:NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。NE555的特点有： 1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。NE555构成的多谐振荡器接线及波形图如下：图2 NE555构成的多谐振荡器接线及波形图NE555构成的单稳触发器如下：图3 NE555构成的单稳触发器 本方案采用了4个NE555定时器和若干电容电阻以及导线等。其中采用第一个NE555定时器连接成多谐振荡器，其余三个定时器连接成单稳态触发器。将第一个NE555定时器构成的多谐振荡器作为信号源，作为下一个电路的输出，其输出的下降沿触发下一级电路工作，第二级又同样触发第三级工作，以此类推，各单稳触发器的定时时间计算如下： Tw=1.1RC（Tw为暂稳态产生时间）；公式中的R为可调电阻，能够调节各级电路的定时时间，其中Tw实际上为电路暂稳态维持的时间，实验中采用发光二极管来观察各级电路顺序定时的实验现象。2.1.2 方案原理图 图4 方案1原理图元器件参数介绍： Vcc=5V R11=40K R12=30K R2=R3=R4=35K C1=C2=C3=C4=0.01uF C11=C12=C13=C14=0.1uF2.2 方案二2.2.1 方案实现原理及其使用器材本方案与前一个方案的实现原理是相同的，不同之处在于实现要求所采用的仪器不同。该方案中将NE555构成的多谐振荡器换成用门电路构成的多谐振荡器，其他条件不变。原理与实验方案一几乎相同，也是将门电路构成的多谐振荡器作为信号源，上一级的输出作为下一级的输入，在下降沿触发单稳触发器工作并计时，以此类推，各级电路工作原理与一方案相同，相同的可以调节R来调节定时时间，定时时间也是触发器高电平的维持时间，实验中也采用发光二极管来观察各级电路书序定时的现象。本实验采用74LS04构成的多谐振荡器作为信号发生器74LS04简介：74LS04是两输入非门构成的电路，当接通电源时，电容C充电，这个时候，输出的时低电平，但在充电过程中，1点电压会升高，使得输出电压改变，出现高电平，完成多谐振荡。本实验利用充电过程中的多谐震荡过程。74LS04构成的多谐振荡器原理及波形图如下： 图5 74LS04构成的多谐振荡器原理图图6 74LS04构成的多谐振荡器波形图2.2.2 方案原理图图7 方案2原理图2.3 方案三2.3.1 方案实现原理及其使用器材本方案是采用3个74121单稳态触发器以及若干电容，电阻，导线构成。此电路是利用上一级触发器对下一级电路进行触发，因为上一级电路产生方波，在下降沿触发下一个74121单稳态触发器工作，出现暂稳态Tw。一段时间后，该触发器完成工作，产生下降沿，再对下一个触发器进行触发。以此类推，这样就能使顺序定时电路正常工作，并产生稳定信号。该电路也采用发光二极管来观察实验现象。71121简介：TTL集成器件74121是一种不可重复触发的集成单稳态触发器，内部信号由触发信号控制电路，微分型单稳态触发器和输出缓冲电路组成。74121管脚及输入输出情况如下：图8 74121管脚及输入输出图2.3.2 方案原理图图9 方案3原理图2.4 方案比较上述的三个设计方案整体思路是相同的，都是由一个信号发生器和三个单稳态触发器构成，只是电路所采用的原件不同。在第一个方案采用的是NE555定时器构成多谐振荡器，而第二采用的是门电路构成的多谐振荡器，第三个采用的是石英晶体振荡器，NE555构成的多谐振荡器相对于门电路构成的多谐振荡器和石英晶体振荡器，虽然信号不如后两种稳定，但是材料用的比较少，更为简便。第一，二方案的电路采用单稳态电路，而第三方案采用74121代替单稳态触发器，相对于NE555，74121更稳定，可是NE555较容易调Tw的时间长度。由于我们更清楚由NE555构成的多谐振荡器，因此实验采用第一方案较为合理。3 实现方案3.1 方案实现原理及其器材老师所给定的方案由3个NE555定时器，若干电阻电容以及一些必备的材料构成。这个方案是采用直流5V电压源作为信号输入端和初始触发信号，连接电路后输入5V使电路能够工作，然后给第一个555定时器构成的单稳态触发器输入端开始接高电平，瞬间已出连接导线，构成下降沿，触发下一定时器，使第一个单稳态触发器工作，产生一段时间的高电平Tw（Tw=1.1RC），级暂稳态维持的时间。在暂稳态结束时，会由高电平跳变到低电平，从而产生下降沿，触发下一单稳态电路，使得第二个单稳态触发器工作，同时再产生高电平。依照同样原理，第二个单稳态电路触发第三个单稳态电路工作，从而实现顺序定时的结果，定时时间即暂稳态的维持时间。用发光二极管来观察顺序定时的现象，由于在单稳态触发器工作的时候输出端会产生高电平，输出端接二极管，二极管另一端接地，二极管发亮的时间就是暂稳态维持的时间。每个触发器在5接口要接一个0.01uF的电容，防止外界噪音干扰电路，产生脉冲，从而使实验产生不必要的误差。3.2 实现方案的电路图及各器件功能图10 实现方案电路原理图元件参数：Vcc=5V，R1=R2=R3=33K C1=C2=C3=0.01uF第一个单稳态电路二接口接原始触发信号，各可调电阻能调节定时时间，定时间由与6，7接口相连的电容及可调电阻共同决定，0.01uF电阻功能防止外界干扰信号，发光二极管作用是观察顺序定时现象。上一级单稳态电路输出作为下一级单稳态电路的输入，触发下级电路工作。调节R的大小可以改变LED放光时间：Tw1=1.1R1C02；Tw2=1.1R2C22；Tw3=1.1R3C42其PCB图如下:图11 实现方案PCB图 4调试过程及结论 在该实验的调试过程中，出现过各种问题，有的是由于实验仪器引起的，有的是心态引起的，但经过多次修改，终于解决了一系列问题，使实验最终获得成功。第一次连线完成后，觉得没什么错了，但是由于对面包板不是很熟，将电容连接到了同一根导线上，使之短路了，没发挥该有的作用，从而使得实验失败。后来在同学的指导下改正了错误并接受同学的建议，连接电路时前一个得输出先不作为下一个得输入，以免前一个的错误影响后一个电路，练连好电路后检测，每一个都是正确额的，但把三个电路连接起来后工作就不正常了用万用表检测各电路连接都是正确的，但就是不能使得电路同时工作，我和同伴开始还以为是我们当局者迷，请了其他同学帮我们检测错误，也没用检测出错误来，在一气之下，拔掉了所有的线重新连接，再次连接好电路后第一个电路单独工作正常，第二和第三个电路工作也是正常的，我问了班上有做实验经历的同学，他们说可能是我们所给的电压不足引起的，因此我们就没把它放在心上。到了实验室后，才发现给了一个较高的电压，电路的工作也不是也是不正常的。当我们在第一个单稳态电路的2接口开始接高电平，后来接低电平时，第一个电路工作室正常的，但不能影响第二三个电路，而我们在第二个单稳态电路的2接口开始接高电平，后来接低电平时，第二三个电路工作正常。由于电路连接我们用万用表检测了所有电路都是正常的，我们怀疑问题出在第一个和第二个电路的连接处，因此我们借用了其他同学的一个较大的电容代替原来连接在第一和第二个电路的电容，使实验获得成功。最后的调试结果是将第一个发光二极管2引脚与地相接，第一个发光二极管亮，第二三个二极管不亮，突然断开第一个二极管与地的接触后，第一个二极管亮一段时间后熄灭，第二第三个二极管以此发亮。由于所给定的电容不够大，因此发亮的时间不够长，只能够在瞬间观察到实验现象。但理论联系实际，我们能得出结论。5心得体会 从本次试验成功的过程中，我发现做事应当细心加耐心，在开始连接好电路由于不能得出结果，一气之下将线全部拔掉重连，实验成功后，我检测了点了连线，发现和第一次的连线完全一样。后来仔细回想，我觉得接线应该没问题，问题应该是出在元器件的选取上，如果我能够静下心来仔细检查，应该能发现问题，不至于重新连线。在本实验中，我得出理论只能联系实际，而不能让理论影响实际，有的时候实际和理论有很大区别，但过程确实没错，这次实验中依照理论，顺序定时的定时时间应该能明显的观察到，但实际上只能够得出顺序定时的结论，而不能观测到太明显的现象，因为实验中的电容电阻比较小，单稳态触发器暂稳态的维持时间不够长，我们不能观察到很明显的现象。另外在实验中，我能得到知道原理和动手是两回事，一个小实验我们光连线就花了2天，还不包括检测调试，甚至在中途一度失去信心。当时看着图纸上的那一小块图，就有点想想不明白，明明只是那么几个元件，怎么就接不出来。不过最终结果还是比较好的，我们得出了还算明显的结论，虽然中途失败了几次，但我发现只要我们能耐心检查，还是能够做成功的。在实验中我还学会了几种元件的使用，比如万用表和面包板等等，由于原来没特别关注，