循环彩灯控制器 3.doc

电 子 课 程 设 计 题 目：循环彩灯控制器专 业： 电气工程及其自动化姓 名： 学 号： 指导教师： 电气与信息工程学院2013年6月28日 成绩评定 指导教师评语： 成绩等级： 指导教师签字： 年 月 日 循环彩灯控制器一，设计任务与要求(1)共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求按一定顺序和时间关系运行。(2)动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。(3)对各组灯的控制，要求有驱动电路。(4)对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮每一组，利用视觉暂停，达到跑动的效果。二，方案设计与论证总设计思路 根据任务要求可以大致的画出框架图：3个一组红、黄，绿灯依次0.5s跑动循环电路9个一组红、黄，绿灯各持续亮5s跑动 图1 设计思路框架图根据此框架图设了两种实现方案方案一：该任务要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。根据此要求电路总体上可以分为三部分：一部分电路为控制0.5s的跑动。一部分电路为控制5s的跑动。一部分电路为实现这两种跑动的循环。因些可以选用两个555多谐振荡器（一个周期为0.5秒，一个为5秒）用来控制跑动的速度，再选两个4017芯片，因为4017芯片在正常工作下，连续送入时钟脉冲时，其十个输出端会依次输出高电平。这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动，用一个4017芯片来点亮5s的跑动。选用一个JK触发器和模拟开关4066芯片来实现循环功能，即用JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭。方案二：因为红，绿，黄三种灯各9个，共27个灯，0.5s跑动的可以分成每组三个灯，就有9组灯，这可以用9进制计数器来控制（0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000）每个数就控制一组灯（3个一组）。5s跑动的分成三组，即红，绿，黄三组，这三组用3进制计数来控制（00，01，10）,每组数控制一组灯（9个一组）。实现交替循环。三，单元电路设计与参数计算现在主要是对方案一的设计在整个电路中，其主要的组成部分有： 图2 555定时器和4017芯片组成的 3个一组0.5s依次跑动 图3 555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s 图4 4066和74LS76组成的一个循环电路设计过程中各个单元的详细原理、电路图和仿真状态如下： 第一部分电路：实现3个一组红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次跑动一次的电路，电路如下图： 图5 555定时器和4017芯片组成的 3个一组0.5s依次跑动仿真图1 图6 555定时器和4017芯片组成的 3个一组0.5s依次跑动仿真图2 图7 555定时器和4017芯片组成的 3个一组0.5s依次跑动仿真图3 此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端口，而每3个一组的灯都接一个4017的输出端口，这样可控制任务中的9组灯。 电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03，04，05，06，07，08，09）依次为高电平，这样就控制指灯不断的跑动！ 第二部分电路：用来实现全部9个一组红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。 电路如下图： 图8 555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s仿真图1 图9 555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s仿真图2 图10 555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s仿真3 此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端， 而每9个亿组的灯都接一个4017的输出端（共接三个），这样可控制任务中的3组灯。 电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03）依次为高电平，这样就控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环！ 第三部分电路：用来实现两种的跑动不断循环。电路如下图： 图11 JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭此部分电路主要是用一个4066BP芯片和一个74LS76N芯片来现实。4066BP芯片为模拟开关芯片，它集成了四个模拟开关（在此用到两个），每个模拟开关有2个端子，一个为控制端，主要接高电平或低电平，其佘两个端子为输入输出端。当控制接高电平时，开关接通，控制端接低电平时开关断开。74LS76N芯片为集成JK触发器。在此电路中触发器的J ，K 和清零端都接高电平。这样每给触发器一个触发边沿其输出端就翻转一次。Q端接4066BP的一个开关的控制端。Q非接4066BP的另一个开关的控制端。这样可以使4066BP用到的两个开关一个接通时而另一个就断开。而触发器的脉冲输入端接第一部分电路中的4017的第十（09）输出端口和第二部分电路中的4017的03输出端口的或门的结果。而4066模拟开关用到的两个开关的输入端接12V直流电源，其一个开关的输出端接第一部分电路中的555多谐振荡器电源端，别一个开关输出端接第二部分电路中的555多谐振荡器的电源端！这样就实现了若第一部分的电路工作时第二部分电路就不工作。而第二部分电路工作时第一部分电路就不工作。即可实现交替循环工作！四总原理图及元器件清单1总原理图 图12 循环彩灯原理图2.电路完整工作过程电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不断的给控制着9组灯（3个一组）的4017芯片送去脉冲，从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。接到高电平的组灯就会发光。这样就实现先红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次0.5s跑动。当最后的绿灯亮完后，即第一部分的单元电路中的4017的第十个输出端（09）输出高电平时，这就给74LS76触发器送去一个脉冲，于是触发器的Q端就翻转输出低电平使4066模拟开关的一个开关变为断开，从而使第一部分的电路处于不工作状态。而触发器的Q非端同时了输出一个高电平使4066的另一个开关导通，这时第二部分的电路开始运行。这样就使全部红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。而当绿灯全部亮完后，这时第二部分的4017的第四个输出端（03）输出高电平，也给触发器送去一个脉冲。于Q端和Q非端翻转。这样第二部分的4066的模拟开关断开，控制第二部分的模拟开关断开使第二部分的电路不工作。，而控制着第一部分的4066模拟开关导通，使第一部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。如此实现了3个一组先红灯，后黄灯，再绿灯0.5s依次跑动，让后再9个一组，先红灯，后黄灯，再绿灯持续亮5s.如此循环下去。 3元件清单元件序号型号主要参数数量备注U14017BP5V2U24066BP5V1模拟开关U4A74S3N10或门U574LS76N1JK触发器U7A7416N1反相器X1-X272.5V27指示灯555_virtual timer2555多谐振荡器五安装与调试1、按照电路图进行接线，按照单元电路设计中的方法连接好每一块电路，然后把每一块接在一起。对每单元电路进行调试，在对每部分电路进行调试时仿真状态跟设计和预想的一样，没什么大问题。2、把各单元电路接在一起调试时，3个一组隔0.5s跑动亮的正常，不过9个一组的持续5s的出现错误，就是0.5s和5s的两个功能电路都一起工作，达不到要设计的要求。3、把0.5s跑动单元电路中的4017芯片的第十个输出端口和持续亮5s的单元电路中的4017芯片的第四个输出端口用一个或门连起来后就能正常工作了。不过，持续亮5s的功能中，亮黄跟绿灯时会有三个红灯也一起亮的(问题解决不了)。不过总体的功能跟效果还是达到要求。六结论与心得 通过此次的课程设计，我对电路的设计流程有了一定的了解，对仿真软件也有一定的认识。总的来说，本次的课程设计进行的还算顺利，不过对于结果有点不怎么满意，就是持续亮5S的功能有点不完善，但总的结果还算达到了设计要求。本次所用的芯片大部分都是基础的，不过有个别的不怎么了解，不过通过此次课程设计，我对这些未曾接触过的芯片都有一定的认识，对其功能也有一定的了解。比如4066，4017。这次的课程设计是我更加熟悉芯片的功能跟用