自动循环调光灯电路的设计.docx

武汉理工大学电子综合实训说明书目 录1.技术指标12.设计方案及其比较1 2.1方案一3 2.2方案二5 2.3方案三6 2.4方案比较83.实现方案84.调试过程及结论95.心得体会106.参考文献11自动循环调光灯电路的设计1. 技术指标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. 设计方案及其比较三种方案用到的时钟信号都是由同一方波产生器产生，所以在这里，先对方波的产生做出说明。555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中。它的引脚图如图1：图 1 555集成电路封装555集成电路是8脚封装，双列直插型，其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3脚是输出端(Vo)，它有0和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(MR)，加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。NE555内部电路方框图2： 内部含有两个电压比较器，一个分压器，一个RS触发器，一个放电晶体管和一个功率输出级。图2 NE555内部电路方框图方波产生电路如图3：图3 方波产生电路电容起到减小干扰、稳定电路的作用；电阻、滑动变阻器和电容确定方波频率。仿真时，选取了为10k的定值电阻，也为1M的滑动变阻器，为1uF的电容，由公式得，周期可通过滑阻来调节。2.1方案一CD4017是十进制计数器（脉冲分配器）。CD4017 是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。它的引脚图如图4：图 4 CD4017集成计数器封装图1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、9脚、10脚、11脚为计数器脉冲输出端；12脚为进位脉冲输出端；13脚为禁止端；14脚为脉冲输入端；15脚为清零端；8脚为接地端；16脚接电源正极。它的真值表如表1：表 1 CD4017计数器功能表输入输出CPINHCR-HLL计 数HLLL保 持HLLL基于CD4017自动调光灯原理图如图5所示：图5 基于CD4017自动调光灯原理图方案一的原理图如图1.1所示，将555定时器的2和6并联后作为电路的输入端，就构成了施密特触发器，此时这两段的输入信号电压相同。当电路接入电源时。555触发，产生的脉冲从3脚接入CD4017计数器，使其被触发工作，这时，依次从到依次输出高电平，但当与清零端CR相接后，当输出高电平时，计数器被清零，从头开始计数，因此在到这三个脚上依次接上47K，35K，23K的电阻并将这三个脚同时接入一个三极管基极，放大后接到发光二极管上，发光二极管会依次出现熄灭，微亮，较亮，最亮四个状态。仿真结果如图6：图5 方案一仿真图仿真效果基本满足实验要求，实验目的达到。2.2方案二74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。(bcd,二进制)。引脚图6所示：图 2 74LS192计数器封装图 CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。74LS192功能表如表2所示：表2 74LS192功能表在74LS161输出端直接接彩灯，也无法实现循环，所以也要用到74LS139译码器，译码器依次输出低电平，然后接上非门逻辑电路，然后接阻值不同的电阻，再接三极管和发光二极管，以此实现自动循环调光灯。基于74LS192的自动循环调光灯电路原理图如图7所示： 图7 基于74LS192的自动循环调光灯电路原理图2.3方案三74LS90是二五十计数器。其具体功能详述如下： (1) 计数脉冲从输入，作为输出端，为二进制计数器。 (2) 计数脉冲从输入，作为输出端，为异步五进制加法计数器。 (3) 若将和相连，计数脉冲由CPA输入，、作为输出端， 则构成异步8421码十进制加法计数器。 (4) 若将与相连，计数脉冲由输入，、作为输出端， 则构成异步5421码十进制加法计数器。引脚图如图3：图 8 74LS90封装图真值表如表3：表 3 74LS90集成计数器的功能复位输入置位输入时钟CP数据输出R0（1）R0（2）R9(1)R9(2)QDQCQBQAHHLLLLLHHLLLLLLHHHLLHLHHHLLHLL计 数LL计 数LL计 数LL计 数直接将电阻直接与74LS90的输出端相连，无法实现调光灯循环，所以加入一片74LS139译码器，然后接非门逻辑电路，再加电阻调光电路实现亮度不同调光灯循环。基于74LS90设计的原理图如图9：图9 方案三原理图2.4方案比较以上三个方案均能完美地实现功能，仿真程度也接近，但是要是实际连线操作却各有利弊。三个方案均用了555方波产生电路和电阻调光电路。方案一中运用CD4017芯片实现4位循环电路，连线简单所用器材少，较为方便。方案二用了74LS192和74LS139芯片来实现4位循环电路，但是产生的是低电平循环，因此还要接非门逻辑电路来实现高电平循环，再通过电阻，三极管放大电路来完成电路设计，所用器材较多，电路也相对复杂。方案三用了74LS90和74LS139芯片来实现4位循环电路，后面的电路跟方案二基本一致。纵观三个设计方案，从各方面考虑，最终决定用方案一作为实现方案。3. 实现方案图10 最终原理图最终原理如图10所示， 用了555方波产生电路和CD4017芯片实现4位循环电路的设计，再利用电阻和三极管放大电路来实现发光二极管亮度的调节。为了实现最终方案，现需要如下器件（见表4）表4所需器件清单器件名称规格数量器件名称规格数量直流电源5V1电阻35K1电容1uF1电容0.01uF1NE5551万用表1CD40171面包板1滑动变阻器1M1导线若干电阻47K1剪刀1电阻23K2镊子14. 调试过程及结论按照图10连接好实物图。由于所发器材中电阻并没有刚好合适的，于是我们用多个电阻串联代替所需电阻，连好实物后，我们开始调试电路，开始总是没有循环只是一亮一灭，然后我们就耐心的检查电路，分别检测NE555和CD4017的工作状态，发现在NE555的输出端能产生方波信号，当检查到CD4017时发现各个输出端均没有信号，这才发现CD4017都没有通电。纠正错误后再接上电源能依次出现不亮、微亮、较亮、最亮四种状态，最终设计成功。实验过程记录结果如下图11：图11 实物图图12 方波信号5. 心得体会 自从上学期的课程设计以后，我便对它有了一定的了解，我们要必须要学习很多的相关知识和技能，譬如数电课上我们要学习很多的理论知识，来为我们的实践提供更有力的保障；在电子线路辅助设计课上我们学习并掌握了如何利用proteus这个软件对电路进行仿真，并得到所需要的电路参数；在模拟电子电路实验课上我们认识并学会使用各种电表仪器，比如示波器，函数信号发生器，实验箱。 在对这些知识有了一定的掌握后，我开始对课程设计有了不少期待，期待着用所学知识设计出自己的方案，然后完成自己的作品，感觉有不少的成就感。在课题选择时我选择了自动循环调光灯电路的设计，原因是我自己觉得我对这部分的知识掌握的还是比较透彻。555芯片来产生方波信号，再通过CD4017十位计数器来实现4位循环电路的设计，亮度调节则是利用电阻限流法，最终通过三极管使发光二极管发出亮度不同的光。实验电路较为简单，自己也很感兴趣，于是进行起来也比较顺利。再去实验室调试的过程中我们也遇到了不少问题，比如在连电路时，一个人去操作起来很不方便，这也教会了我们要讲究团队协作，互帮互助，遇到问题后我们开始也十分急躁，但这并不是解决问题的方法，冷静下来，从头开始检查自己的电路，检查器件是否良好导线是否导