循环彩灯控制电路毕业设计

19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色流水灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间。因此，在原有的基础上改进，设计这款彩灯循环发光控制器，通过对NE555集成时基电路和计数器/译码分配器CD4017等集成块的合理组建，实现了对彩灯的循环发光控制功能。动态霓虹灯应该聚而不散、不能为了追求“跳跃”而给人凌乱的感觉，不管采用何种色彩，何种图案，都应该有顺序地渐变和跳跃，给受众一种秩序感，主次感、并便于观众根据规律的节奏接着看第二次、第三次。在设计制作时，既要给人以变幻的吸引力，又要主次分明，没有色彩和图案紊乱的感觉。变换、闪烁、跳跃式的霓虹灯为促进销售，为营造欢乐、多姿多彩的生活正越来越受到人们的重视与欢迎2.2实验元器件构成及功能分析通过这次实践，极大的锻炼了电路设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热毕业设计收获很多，作为电气专业的学生，设计是我们将来必需的技能，这次课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的仿真再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。同时，毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚韧的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个模块电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路可稳定工作。节日彩灯使生活中常常用到的装饰物品。它集中地运用了数模电、LED、,自动控制等技术。1.2课题来源随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快,智能度越来越高,应用范围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域。在娱乐方面，场地的装饰离不开彩灯。在建筑方面也采用彩灯来装饰高楼大厦。彩灯又灵活多变的点亮方式，装饰效果非常好，特别时晚上使得高楼大厦更加漂亮。是彩灯的应用才使得城市的夜景非常迷人1.3国内外现状在国内外，控制系统有很多采用数电控制。因此，数电的发展将有助于简单实用电子产品的开发。在本设计中，采用比较先进的555集成定时器、74LS161四位二进制同步计数器、8选1数据选择器等元器件1.4研究内容和创新点本次设计主要研究循环彩灯的控制，并且伴随着音乐变化彩灯也改变花样。设计需用到我们在大学期间学的一些专业知识，例如数电知识、模电知识、传感器知识等。因此，这就需要自己对知识进行反复复习，弄懂这些知识点。自己在设计过程中有些地方自己不明白，这就需要自己问老师、同学，还有就是上网查资料，去图书馆借阅相关知识的书籍。自己根据任务书的要求来设计内容，对方案的筛选分析，做到了连线简单，成本低，更好的理解。有很多不足，但我相信老师会理解自己的知识储备不是很完善，希望老师对自己的不足之处指出与谅解。第2章研究方案2.1总体方案的设计针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：方案一：总体电路共四大块。第一块音乐开始；第二块实现彩灯节拍的控制；第三块实现彩灯花型的控制；第四块实现花型演示电路的产生。主体框图如下：彩灯节拍的控制花型演示电路音乐芯片彩灯节拍的控制花型演示电路音乐芯片控制方案二：在方案一的基础上将整体电路分为三块。第一块实现555时钟信号电路输出脉冲信号；第二块彩灯节拍和花型的控制和实现音乐芯片开始工作；第三块是花型演示电路的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。主体框图如下：555时钟信号电路彩灯节拍和花型的控制音乐芯片花型演示电路2.2总体方案的比较、分析、选择。方案一与方案二有几点不同，首先音乐芯片选择的不同致使采用了不同的连线方案。方案一是音乐芯片中的乐曲节拍控制彩灯的亮灭；方案二则音乐芯片与彩灯是两个独立单元，但由于控制彩灯的节拍使之与音乐的节拍相同致使两种方案效果相同-----随音乐的节拍使彩灯亮灭。其次触发出方式不同方案一是由音乐芯片单独触发的，方案二则由555时钟信号电路芯片同时触发的彩等部分与音乐部分。最后方案二将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起，是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因，且原理相对简单。这样设计，其优点在于：设计思想比较简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。缺点则是：中间单元电路连线过于繁多，容易出错。且可能出现线与关系。要4避免这些，则势必造成门电路使用过多。导致电路不稳定，抗干扰能力下降。而方案一则将以上两种功能分开设计，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试带来方便。缺点则是：节拍控制电路采用可编辑逻辑电路，原理相对复杂，不易理解。花型控制电路简单，花型也比较简单。基于以上原因，加上为了确保短时间内完成课程设计，我选择了连线少易于组装和调试的方案一。5第3章单元电路的设计3.1设计所使用的元件3.1.1555定时器555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便的构成脉冲产生和整形电路，在工业控制、定时、仿声、电子乐器及防盗报警等方面运用很广。1.电路组成555集成定时器的电路结构图，它由五个部分组成：(1)基本RS触发器由两个与非门组成，R是专门设置的可从外部进行置0的复位端，当R=0石，使Q=0、Q=1.C1、C2是两个电压比较器。比较器有两个输入端，分别标有+号和—号，如果用U+和U-表示相应输入端所加的电压，则当U+>U-时其输出为高电平，U+<U-时输出为低电平，两个输入端基本上不向外电路索取电流，即输入电阻趋近于三个阻值均为5k2的电阻串联起来构成分压器(555也因此而得名),为比较器C1和C2提供参考电压，C1+U+=2Vcc/3、C2-U-=Vcc/3。如果在电压控制端CO另加控制电压，则可改变C1、C2的参考电压。工作中不使CO端时，一般过一个0.01UF的电容接地，以旁路高频干扰。(4)晶体管开关和输出缓冲器晶体管¹D构成开关，其状态受Q端控制，当Q为0时'D截止、为1时¹D导通。输出缓冲器就是接在输出端的反相器Gʒ,其作用是提高定时器带负载能力和隔离负载对负载定时器的影响。输出缓冲器就是接在输出端的反相器Gʒ,其作用是提高定时器带负载能力和隔离负载对负载定时器的影响。综上所述可知，555定时器不仅提供了一个复位电平为2Vcc/3、置位电平为Vcc/3,且可通过R端直接从外部进行置0的基本RS触发器，而且还给出了一个状态受该触发器Q端控制的晶体管开关，因此使用起来极为灵活。2.基本功能—6—表6.0.1所示是555定时器的功能表，它全面的表示了555的基本功能。RU₀TD的状态XX0导通1导通1不变不变1截止触发器保持原来状态不变，因此也保持原来状态不变。555定时器的电源电压范围较大，双极性电路Vcc=4.5~16V,输出高电平不低于电源电压的90%,带拉电流和灌电流负载的能力可达200MA;CMOS电路vo=3～18V,输出高电平不低电源电压的95%,带拉电流负载的能力为1MA,带灌电流的负载能力为3.2MA。图3-2555定时器各管脚说明：1接地2触发3输出4复位5控制电压6门限(阈值)7放电8电源电压Vcc。其功能主要用来产生时间基准信号(脉冲信号)。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。3.1.274LS161四位二进制同步计数器在图5.2.14中，CP是输入计数脉冲，也就是加到各个触发器的时钟信号端的时钟脉冲，CR是清零端；LD是置数控制端；CT,和CT,是两个计数器工作状态控制端；D₀~D₃是并行输入数据端；CO是进位信号输出端；Q。~o₄是计数器状态输出端。CRCPD₀D₁D₂D₃CTp地图3-3集成计数器74LS16表3-474LS161的状态表输入输出注qN+1.QN+1qN+1,aN+1₃0XXXXXXXOO010XXXXXX11X计数110XXXX保持X0XXX保持0由表5.2.1所示状态表可以清楚的看出，同步加法计数器74LS161的功能：异步清零功能当CR=0时，计数器清零。从表中可看出，在CR=0时，其他输入信号都不起作用，由时钟触发器的逻辑特性知道，其异步输入端信号是优先的，CR=0正是通过复位计数器也即是异步清零的。—8—是一个具有异步清零、同置数、可保持状态不变的4位二位同步加法计数器。3.1.374LS1518选1数据选择器(1)图所示是集成8选1数据选择器74LS151的外引脚功能端排列图。图所741s151图3-58选1数据选择器型号输入输出DA₂A₁A₀YXX01D₀D₀)0D₂0D₂D₂D₃0lD₃0D₃1D₅1D₆1D₆l1D₇由表所示真值表可以明显看出：当选通输入端信号S=1时选择器被禁止，输入数据和地址均不起作用。当S=0时选择器被选中，或者说使能(工作)。3.1.474LS1944位双向移位寄存器(1)引出端排列图和逻辑功能示意图图所示是4位双向移位寄存器74LS194的引脚排列图和逻辑功能示意图。是清零端；是工作状态控制端；和分别为右移和左移串行数码输入端；是并行数码输出端.。CP是时钟脉冲——移位操作信号。图3-74位双向移位寄存器74LS1943.1.5音乐芯片图3-8音乐芯片TE1300音乐芯片是一种比较简单的语音电路.它通过内部的振荡电路.再外接小量分立元件.就能产生各种音乐信号.音乐芯片是语音集成电路的一个重要分支.目前广泛用于音乐卡.电子玩具.电子钟.电子门铃.家用电器等场合.根据音乐输出的特点我们将音乐电路分为以下几类：单曲.复音.音乐带闪灯.唱歌.按封装形式有COB黑膏软封装和三极管封装形式.音乐芯片由以下几个部分组成(芯片内部原理图):逻辑控制电路.振荡器.地址计数器.音符节拍存贮器(ROM).音阶发生器.输出驱动器.—11—(3)、工作电压：直流4~6伏，干电池即可(4)、特点：1、具有信号输出指示。2、单路信号输出。3、输出有效信号为低电平。4、当有声音时输出低电平。5、可以用于声控灯，配合光敏传感器做声光报警，以及声音控制，声音检测的场合。6、输出为数字量为，和1。7、内置声音传感器及555时钟信号电路3.1.6电阻/可变电阻图3-9本次试验设计中选用的电阻/可变电阻导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。主要职能就是阻碍电流流过,应用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻匹配等。电阻器简称电阻(Resistor,通常用“R”表示)是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。欧姆是这样定义的：当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时，如果在这个电阻器中有1安培的电流通过，则这个电阻器在国际单位制中，电阻的单位是Q(欧姆),此外还有KQ(千欧)MΩ(兆欧)。其中：电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。色环法在一般的的电阻上比较常见。由于一些电路中的电阻比较小，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：10^1——表示10Q的电阻；10^2——表示100Q的电阻；10^3——表示1KΩ的电阻；10^4——表示10KΩ的电阻；10^6——表示1MΩ的电阻；10^7——表示10MΩ的电阻。如果一个电阻上标为22×10^3,则这个电阻为22KΩ、数码法是用三位数字表示元件的标称值。从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10n(n=0～8)。当n=9时为特例，表示10^(-1)。塑料电阻器的103表示10×10^3=10k。片状电阻多用数码法标示，如512表示5.1KΩ。电容上数码标示479为47×10^(-1)=4.7pF。而标志是0或000的电阻器，表示是跳线，阻值为0Q。数码法标示时，电阻单位为欧姆，电容单位为PF,电感一般不用数码标示。电阻器的电气性能指标通常有标称阻值，误差与额定功率等。它与其它元件一起构成一些功能电路，如RC电路等。电阻是一个线性元件。说它是线性元件，是因为通过实验发现，在一定条件下，流经一个电阻的电流与电阻两端的电压成正比——即它是符合欧姆定律：I=U/R常见的碳膜电阻或金属膜电阻器在温度恒定，且电压和电流值限制在额定条件之内时，可用线性电阻器来模拟。如果电压或电流值超过规定值，电阻器将因过热而不遵从欧姆定律，甚至还会被烧毁。电阻的种类很多，通常分为碳膜电阻，金属电阻，线绕电阻等：它又包含固定电阻与可变电阻，光敏电阻，压敏电阻，热敏电阻等。测试：使用万用表判断出电阻的好坏：将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。应注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。3.1.7电容若干电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元器件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C13表示编号为13的电容)。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，换1法拉(F)=1000毫法(mF)=1000000微法(μF)的一种介质有电解液涂层有极性，分正负不可接错。电容(Electriccapacity),由两个金属极，中间夹有绝缘材料(介质)构成。电解电容有以下几个特点：a、单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。b、额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f(但不能和双电层电容比)。c、价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。电解电容器通常是由金属箔(铝/钽)作为正电极，金属箔的绝缘氧化层(氧化铝/钽五氧化物)作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液(液态电解质)的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极(注意和电介质区分),电解电容器因而得名。有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波电容使用时，其阳极(正极)应与电源电压的正极端相连接，阴极(负极)与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。无极性电解电容器通常用于音箱分频器电路、电视机S校正电路及单相电动电解电容器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，其容量范围较大，一般为1~1000μF,差较大(容抗般为1~1000μF,差较大(容抗差为+100%、-20%),耐高温性较差，存放时间长容易失效。(f表示交流信号的频率，C表示电容容量)电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10μF/16V容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示字母表示法：1m=1000LF1P2=1.2pF1n=1000PF数字表示法：三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。三位数字的前两位数字为标称容量的有效数宇，第三位数宇表示有效数字后面零的个数，它们的单位都是pF。如：102表示标称容量为1000PF。221表示标称容量为220pF224表示标称容量为22x10(4)pF。在这种表示法中有一个特殊情况，就是当第三位数字用”9”表示时，是用有效数宇乘上10-1来表示容量大小。如：229表示标称容量为22x(10-1)pF=2.2pF。允许误差±1%±2%±5%±10%±15%±20%3.1.8发光二极管图3-10本次试验设计选用的二极管晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的P-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于P-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，P-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。本次设计中使用二极管进行了整流、检波等功能的应用。图3-11发光二极管发光二极管简称为LED。由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串!人控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低(有的仅一点几伏);工作电流很小(有的仅零点几毫安即可发光);抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。本次毕业设计试验中选用了普通单色发光二极管、高亮度发光二极管和变色发光二极管。a、普通单色发光二极管普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。b、高亮度单色发光二极管使用的半导体材料与普通单色发光二极管不同，—16—所以发光的强度也不同。通常，高亮度单色发光二极管使用砷铝化镓(GaAlAs)等材料，而普通单色发光二极管使用磷化镓(GaP)或磷砷化镓(GaAsP)等材c、变色发光二极管是能变换发光颜色的发光二极管。变色发光二极管发光颜色种类可分为双色发光二极管、三色发光二极管和多色(有红、蓝、绿、白四种颜色)发光二极管。变色发光二极管按引脚数量可分为二端变色发光二极管、三端变色发光二极管、四端变色发光二极管和六端变色发光二极管。本次选用的是二端变色发光二极管。3.1.9固定三端稳压器三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，本次选用的是固定三端稳压器。CW7812的管脚判断：1脚输入端，2脚输出端，3脚接地端。图3-12CW7812的管脚图3.2音乐演示电路由于自己选择的音乐芯片就是可以外接彩灯的一种，所以芯片内部具有稳压整流播放音乐等功能，当接通电源时，功能所以音乐演示电路部分只有音乐芯片。并且音乐是一首儿歌，需要64拍，与设定的彩灯闪烁完三种花样正好相符都是64拍。演唱一遍后芯片会自己周而复始的演唱致使后面彩灯不停闪烁直到电源切断。3.3花型演示电路由二片移位寄存器194级联实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。三种花型变换样式花型1:8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。花型2:从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。花型3:从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。表3-14移存器输出状态编码节排序号花型120000000000000000000110000000000030011110040111111056011101117001100118000100019我的设计是每种花型完整显示两遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为64,即1~16显示第一个花型，17~32显示第二个花型，33~64显示第三要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、SO和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变。现将两片194分为低位片1和高位片2,再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。列出各花型和其对应的194的S1、SO、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用^Li表示Li的取非)表3-16节拍控制信号列表低位片高位片节拍控制信号花型XL40X0000000002X10X0000010003XL80X000000100L5X10X1000010100经过分析可以得到控制194高低位片的左移右移变化的控制量。用示161从低位到高位的个输出端。控制结果表达式如下： 表3-17194低位片和高位片194低位片194高位片SL=L1·QF+L5·QFSR=L4·QF+L8·QFS1=QE·QF+QD·QFSR=L8·OF+L4·OFS1=QD·QF电路图如下：图3-18花型电路图3.4花型控制信号电路由二片161级联的模128(三种花型节拍每种显示两遍，再总体重复一遍的总节拍数)计数器。161的级联用的是同步，并用^QH清零。当三种花型全新显示一遍后(总共64拍)161的输出变为00000100所以将161高位片的Q2(即QG)信号输给节拍电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。161的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。电路图如下：给151+WccVecCOQ0VccCOQ0Q1Q2Q3CTtLDCRCPD0D1D2D3CTpGNDCRCPD0D1D2D3CTpGND74的Y端输出给这里的图3-19花型控制信号电路3.5节拍控制电路由一片151和一片74级联实现。整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。令74的Vcc,CLR,PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。令151的DO,D2,D3,D4,D5,D6,D7,B,C,G’,GND接低电平，Vcc接高电(Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录(即一个脉冲)。也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。A端接的是161的高位片的QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。电路图如下：—21—D6D7.…AD3D2D1D0Y+Vcc+他电路的+Vcc=VccVccV*IVI1Vco4.7Lf(1)对数字电路知识的巩固与提高这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍(这也是对这门课的复习，给以后的复习备考减少了很多负担),这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。(2)学会了理论联系实际课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，极大的锻炼了电路设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。毕业设计收获很多，作为电气专业的学生，设计是我们将来必需的技能，这次课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的仿真再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。同时，毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚韧的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个模块电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路可稳定工作。虽然马上要毕业了，但是这次实践使我明白自己知识还很浅薄，自己的求学之路还很长，我会争取把本系统应用到实际工作中，使之产生商业价值。电子技术发展日新月异，我会在以后的研发中加入新技术，使之更趋完善，总之本次毕业设计是我的电子研发之路的良好开端。我会以此为契机以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。经过几个月的毕业设计，我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，从总得到了以前书本知识所不曾得到的知识。更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性。增强了我对对实际工艺技术、电子技术和设备技术等方面的认识，掌握了分析处理方法，调试、计算等基本技能的训练，具有一定程度的实际工作能力。面对如此激烈的市场竞争体系，只有努力掌握好电子技能知识放可在竞争中立于不败之地，我对从事电子产品的开发和研究产生了良好的兴趣。希望自己以后能通过自己的不断努力获的更多的工艺和电子技术。参考文献[1]杨晖等主编·大规逻辑器件与数字系统设计[M]·上海：电子出版社[2]王兆安、黄俊主编.电力电子技术[M].第4版.北京：机械工业出版社.1996[3]杨晖等主编.大规逻辑器件与数字系统设计[M].上海：电子出版社.[4]王港元主编.电子技能基础[M].四川大学出版社.第2版1998[5]焦智.基于CPLD的彩灯控制器[M].廊坊：华北航天工业学院学报.[6]张慧、冯英主编.电源大全[M].成都：西南交通大学出版社.1993[7]阎石主编.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社.第4版.[8]康华光主编.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社.第五版·[9]李银华主编.电子线路设计指导[M].北京：北京航空大学出版社·[10]陈有卿主编.集成电路原理与应用[M].北京：机械工业出版社.[11]杨素行主编.模拟电子技术基础简明教程[M].第2版.1998[12]余孟尝主编.数字电子技术基础简明教程[M].第2版.1996[13]Coulthard,M.AnIntroduct[14]Cook,G.TheDiscourseofAdvertisingMcGraw-Hill,200-210首先衷心地感谢我的导师李光。本文从选题到完成，从理论上的探讨到实际问题的解决，无处不饱含着李光老师的心血。李老师的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持，使我受益匪浅。在老师给我们任课的四年多来，传授了我们许多终身受益的知识，帮我的学业在最后阶段划上了一个圆满的句号。在此论文完成之际，谨向李老师致以深深的谢意和崇高的敬意。附录AAfewexampleswillrefreshyourmemoryaboutthecontentofChapter8andthegeneralapproachtoanodal-anaEXAMPLE17.12DeterminethevoltageacrosstheinductorforthenetworkofFigStep3:NoteFig.17.23fortheapplicationofKirchhoff"scurrentlawtonodeV1:ZIi=ZI0Rearrangingterms:V1[1/Z1+1/Z2+1/Z3]-V2[1/Z3]=E1/Z1(17.1)NoteFig.17.24fortheapplicationofKirchhoff'scurrentlawtonodeV2:O=I3+I4+IV2-V1/Z3+V2/Z4+I=0RearrangingtermsV2[1/Z3+1/Z4]-V1[1/Z3]=-IGroupingequations:V1[1/Z1+1/Z2+1/Z3]-V2[1/Z3]=E1/Z1V1[1/Z3]-V2[1/Z3+1/Z4]=IandV1[2.5ms∠-2.29°]-V2[0.5mS∠0°]=24mA∠0°=(24mA∠0°)(-0.539mS∠21.80°)+(0.5mS∠0°)(4mA-2.29°)(-0.539mS∠21.80°)+(0.5mS∠0°)(0.5mS∠0°)]MathCadThelengthandcomplexityoftheabovemathematicaldevelopmentstronglysuggesttheuseofanalternativeapproachsuchasMathCad.No(17.2).BothV1andV2weregenerated,butbecauseonlyV1wasaskedfor,itwasthetheimpedancesinkilohms.Theresultwillthenbeinvolts.K:=10³m:=0.01rad:=1V1:=1+jV2:=1+jdeg:=π/180V1·[1/5·k+1/10j·k+1/2·k]-V2·1/2·k≈24·mV1·[1/2·k]-V2[1/2·k+1/-5j·k]≈4·mFind(V1,V2)=9.944+0.319jVoltsV1:=9.944+0.319jV1=9.949arg(V1)=1.837·degV1·[1/5+1/10j+1/2]-V2·1/2≈24V1·1/2-V2[1/2+1/-5j]≈4Find(V1,V2)=9.944+0.319jV1:=9.944+0.319jV1=9.949arg(V1)=1.837·degmodifiedasfollows:independentsourcewhenKirchhoff'scurrentlawappliedtoeachdefinednode.However,oncetheequationsareestablished,substitutetheequationforthedependentcurrentsource.AtnodeV2,I=I1+I2V1/Z1+V1-V2/Z2-I=0V1[1/Z1+1/Z2]-V2[1/Z2]=IV2-V1/Z2+V2/Z3+K[V1-V1[1-K/Z2]-V2[1-K/Z2+1/Z3]=0resultingintwoequationsandtwounknowns.IndependentVoltageSourcesbetweenAssignedNodesForindependentvoltagesourcesbetweenassignednodes,theprocedureismodifiedasfollows:1.Steps1and2arethesameasthoseapplied2.Step3ismodefiedasfollows:Treateachsourcebetwwendefinednodesasashortcircuit(recallthesupernodeclassificationofChapter8),andwritethenodalequationsforeachremainingindependentnode.Thenrelatethechosennodalvoltagestotheindependentvoltagesourcetoensurethattheunknownsoftheginalequationsarelimitedsolelytothenodalvoltages.EXAMPLE17.14WritethenodalequationsforthenetworkofFig.17.26havinganindependentsourcebetweentwoassignednodes.Step3:ReplacingtheindependentsourceEwithashort-circuitequivalentresultsinasupernodethatwillgeneratethefollowingequationwhenKirchhoff'scurrentlawisappliedtonodeV1I1=V1/Z1+V2/Z2+I2withV2-V1=Eandwehavetwoequationsandtwounknowns.DependentVoltageSourcebetweenDefinedNodesFordependentvoltagesourcesbetweendefinednodes,theprocedureismodifiedasfollows:1.Steps1and2arethesameasthoseappliedforindependentvoltagesources.2.Step3ismodifiedasfollows:Theprocedureisessentiallythesameasthatappliedforindependentvoltagesources,exceptnowthedependentsourcesshavingtobedefinedintermsofthechosennodalvoltagetoensurethatthefinalequationshaveonlynodalvoltageastheirunknownquantities.WritethenodalequationsforthenetworkofFig.17.27havingadependentvoltagesourcebetweentwodefinednodes.Step3:ReplacingthedependentsourceμVxwithashort-V1/Z1+(V1-V2)/Z2-I=0orV2=μV1/1+μresultingintwoequationsandtwounknowns.NotethatbecausetheimpedanceZ3isinparallelwithavoltagesource,itdoesnotappearintheanalysis.Itwill,however,affectthecurrentthroughthedependentvoltagesource.FormatApproachAcloseexaminationofEqs.(17.1)and(17.2)inExample17.12willrevealthattheyarethesameequationsthatwouldhavebeenobtainedusingtheformatapproachintroduceinChapter8.Recallthattheapproachrequiredthatthevoltagesourcefirstbeconvertedtoacurrentsource,butthewritingoftheequationswasquitedirectandminimizedanychancesofanerrorduetolostsignormissingterm.Thesequenceofstepsrequiredtoapplytheformatapproachisthefollowing:1.Chooseareferencenodeandassignasubscriptedvoltagelabletothe(N-1)remainingindependentnodesofthenetwork2.Thenumberofequationsrequiredforacompletesolutionisequaltothenumberofsubcriptedvoltages(N-1).Column1ofeachequationisformedbysummingtheadmittancestiedtothenodeofinterestandmultiplyingtheresultbythatsubscriptednodalvoltage.3.Themutualtermsarealwayssubtractedfromthetermsofthefirstcolumn.Itispossibletohavemorethanonemutualtermifthenodalvoltageofinteresthasanelementincommonwithmorethanoneothernodalvoltage.Eachmutualtermisproductofthemutualadmittanceandtheothernodalvoltagetiedtothatadmittance.4.Thecolumntotherightoftheequalitysignisthealgebraicsumofthecurrentsourcestiedtothenodeofinterest.Acurrentsourceisassignedapositivesignifitsuppliescurrenttoanode,andanegativesignifitdrawscurrentfromthenode.Solveresultingsimultaneousequationsforthedesirednodalvoltages.Thecommentsofferedformeshanalysisregardingindependentanddependentsourcesapplyherealso.Usingtheformatapproachtonodalanalysis,findthevoltageacrossthe4-QresistorinFig.17.28.V₂V₂Z₂Z₁Z₃Z₁Z₃PReferenceSolution:Choosingnodes(Fig.17.29)andwritingthenodalequations,wehaveZ1=R=4ΩZ2=jX1=j5ΩZ3=-jXc=-j2ΩV1(Y1+Y2)-V2(Y2)=-I1V2(Y3+Y2)-V1(Y2)=+I2OrV1(Y1+Y2)-V2(Y2)=-I1Y1=1/Z1Y2=1/Z2Y3=1/Z3+I2Y2+Y3二-Y2Y3+Y2Ω)+(1/j5Ω)(1/-j2Ω)+(1/4Ω)(1/j5Ω)=(-0.3∠90°)(6∠0°)+4∠0°(-j0.2)j0.125+0.1-j0.05MathCadUsingMathCadandthematY:=[1/Z1+1/Z2]-1/Z2I:=-6-1/Z2[1/Z2+1/Z3]4V1:=-12.48-16.64jV2:=8.32-2.24jV1=20.8ViZ₂(雪Z.Z₅ZZZZ1=R1+jX11=7Q+j8QE1=20v∠0°Z3=-jXc=-j10ΩZ2=R2+jX12=4Q+j5ΩI1=10A∠20°Z4=R3=8Ωimpedances.WorkingdirectlywithFig.17.30wouldbemorediffiproduceerrors.V1(Y1+Y2+Y3)-V2(Y3)=+I2V2(Y3+Y4)-V1(Y3)=+I1Y1=1/Z1Y2=1/Z2Y3=1/Z3V1(Y1+Y2+Y3)-V2(Y3)=+I2Y4=1/Z4-V1(Y3)+V2(Y3+Y4)=+I1EXAMPLE17.18WritethenodalequSolution:Choosenodes(Fig.17.34):Z1=R1Z2=jX11Z3=R2-jXc2Z4=-jXc1Z5=R3Z6=jX12Y1=1/R1V1(Y1+Y2)-V2(Y2)=+I1V2(Y2+Y3+Y4)-V1(Y2)-V3(Y4)=-I2V3(Y4+Y5+Y6)-V2(Y4)=+I2V1(Y1+Y2)-V2(Y2)+O=+I1-V1(Y2)+V2(Y2+Y3+Y4)-V3(Y4)=-I20-V2(Y4)+V3(Y4+Y5+Y6)=+I2Y3=1/R2-jXc2Y4=-1/jXc1NotethesymmetryabouttheEXAMPLE17.19ApplynodalanalysistothenetworkofFig.17.35.DeterminethevoltageVlSolution:Inthiscasethereisnoneedforasourceconversion.ThenetworkisredrawninFig.17.36withthechosennodalvoltageandsubscriptedimpedances.Applytheformatapproach:=-j0.5mS=-jB1Y3=1/Z3=1/2kΩ∠90°=0.5mS∠-90°V1:(Y1+Y2+Y3)V1=-100IV1=-100I/Y1+Y2+Y3=-100I/0.25mS+1mS-j0.5mS-21.80°V1=V1=-(74.28Vi)V∠21.80°17.6BRIDGENETWORKS(ac)ThebasicbridgefigurationwasdiscussedinsomedetaliinSection8.11fordcnetworks.Wenowcontinuetoexaminebridgenetworksbyconsideringthosethathavereactivecomponentsandasinusoidalacvoltageorcurrentapplied.Wewillfirstanalyzevariousfamiliarformsofthebridgenetworkusingmeshanalysisandnodalanalysis(theformatapproach).Thebalanceconditionswillbeinvestigatedthroughoutthesection.ApplymeshanalysistothenetworkofFig.17.37.Z2=R2Z3=R3Z4=R4+jX1Z5=R5Applyingtheformatapproach:(Z1+Z3)I1-(Z1)I2-(Z3)I3=ENotethesymmetryaboutthediagonalIz5=I2-I3=0(Z1+Z2+Z5)I2-(Z1)I1-(Z5)I3=0(Z3+Z4+Z5)I3-(Z3)I1-(Z5)I2=0(Z1+Z3)I1-(Z1)I2-(Z3)I3=E-(Z1)I1+(Z1+Z2+Z5)I2-(Z5)I3=0-(Z3)I1-(Z5)I2+(Z3+Z4+Z5)I3=0oftheaboveequations.Forbalabce,Iz5=0where△signifiesthedeterminantofthedenominator(orcoefficients).Similarly;I3=E(Z1Z3+Z3Z2+Z1Z5+Z3Z5)/△andIz5=I2-I3=E(Z1Z4-Z3Z2)/△—35—举几个例子就刷新你对第8章的内容和一般方法一节点，分析解决内存。例17.12确定电感上的图17.21电网电压。N]44mA20°mA20°图17.21解决方案：步骤1和2一样在图17.22。图17.23ZIi=ZI0O=I1+I2+I3图17.24O=I3+I4+IV2-V1/Z3+V2/Z4+I=0V1[1/Z3]-V2[1/Z3+1/Z4]=I1/Z1+1/Z2+1/Z3=1/0.5kΩ+1/10kΩ+1/2kΩ=2.5mS∠-2.29°1/Z3+1/Z4=1/2kΩ+1/-5kΩ=0.539mS∠21.80°和V1[2.5ms∠-2.29°]-V2[0.5mS∠0°]=24mA∠0°V1[0.5mS∠0°]-V2[0.539mS∠21.80°]=4mA∠0°4mA∠0°-0.539mS∠21.80°0.5mS∠0°-0.539mS∠21.80°=(24mA∠0°)(-0.539mS∠∠0°)(4mA∠0°)/[(2.5ms∠-2.29°)(-0.539mS∠21.80°)+(0.5mS∠0°)(0.5mS=-10.01v-j4.81v/-1.021-j0.45=11.106v∠-154.33°/1.116∠-156.21°认识到毫安结果目前伊恩Z是在格式下，其他格式如下：鉴于式子中的长度和复杂性，上述数学发展的强烈暗示一个如在式子17.2替代方法使用的方程，在与均衡。(17.1相同格式输入)和(17.2)。均V1和V2在产生，但因为只有V1是要求的，这是唯一的解决方案转换为极地的降低解决方案的复杂性明显降低，只需认识到，在毫安电流和阻抗的结果，然后在伏。K:=10³m:=0.01radV1:=1+jV2:=1+jdeg:=π/180GivenV1·[1/5·k+1/10j·k+1/2·k]-V2·1/2·k≈24·mV1·[1/2·k]-V2[1/2·k+1/-5j·k]≈4·mV1:=9.944+0.319jV1=9.949V1·1/2-V2[1/2+1/-5j]≈4arg(V1)=1.837·deg—37—Find(V1,V2)=9.944+0.319jVolts17.2软件供养电流源依赖电流源，这个过程是修改如下：1。步骤1和2是作为独立的消息来源所适用的相同。2。第三步是修改如下：把每个依赖一个独立的源电流源时基尔霍夫现行法律适用于每个定义，一旦方程成立，取代了控制数量方程，以确保未知是只限于所选择的节点电压。3。第4步为过。例17.13写出了具有电流源图17.25依赖网络节点方程。图17.25解决方案：步骤1和2是定义图17.25。第三步：在节点V1的，I=I1+I2和在节点2版，和V1/Z1+V1-V2/Z2-I=0V1[1/Z1+1/Z2]-V2[1/Z2]=II2+I3+KI=0V2-V1/Z2+V2/Z3+KV1[1-K/Z2]-V2[1-K/Z2+1/Z3]=0导致两个方程和两个未知数。独立电压节点之间的分配渠道获得的节点之间分配独立电压源，这个过程是修1。步骤1和2是作为独立的消息来源所适用的相同。2。第三步是例子如下：把每个源点定义为短路节点(记得第8章超节点分类),并编写其余每个独立点。这个的节点方程与所选择的节点电压独立电压源确保边际方程的未知是只限于参加节点电压。3。第4步为过。例17.14写出了图17.26有一两个独立源节点分配网络节点方程。图17.26解决方案：步骤1和2界定图17.26。第三步：用短路的超级节点，将产生下面的公式时，基尔霍夫电流定律适用于节点V1的：I1中=V1/Z1+V2/Z2等同的结果独立源E的关系，V2-V1的二我们有两个例子的两个未知数。之间定义为节点之间的依赖电压源定义节点依赖电压源，程序修改如下：1。步骤1和2是作为独立的电压源采用相同。2。第三步是修改如下：程序基本上是相同的，申请独立电压源，但现在不得不以确保最终方程只结电压，其未知数量。3。第4步为过。例17.15写出了图17.27有一个定义的两个节点之间的依赖电压源的网络节点方程。图17.27解决方案：步骤1和2中定义图17.27。第三步：用短路等效供养来源μVx将导致下面的公式时，基尔霍夫电流定律是I=I1+I2V1/Z1+(V1-V2)/Z2-I=0和V2=μVx=μ[V1-V2]或者V2=μV1/1+y导致两个方程和两个未知数说，由于在节点阻抗Z3的电压源，它不会出现在任何地方，不过将影响电流电压源的依赖。一种均衡。(17.1仔细)和17.12例(17.2),就会发现，他们是将已经获得使用的格式方法引入章8.Recall这个办法要求的第一个相同的电压源转换方程于一个电流源，但方程的写作是相当直接和最小的一个错误，因为丢失或失踪签署长期的机会。所需的应用格式的方法步骤的顺序如下：1。选择一个参考节点，并分配一个下标电压标签，可以的(n-1)网络内的独立节点。2。在一个完整的解决方案所需的方程数目等电压数(N-1)。列每个方程1是总结挂钩的利益节点的求诊，再乘以该下标节点电压形成。3。在互惠条件总是从第一条款减去可能有多个共同的长远利益，如果有一个节点电压在共同有一个以上的其他节点相互长期的元素，是产品相互准入和其他节点电压挂钩的准入。4。到了等号右边一栏，是联系在一起的电流源节点的电流源的代数和分配一个积极的迹象，如果供应电流节点和一个负号，如果从目前的绘制节点。5。为解决网格造成有关独立和依赖来源的分析提供了所需的节点联立方程组的意见也适用于此。例17.16利用格式节点分析方法，发现对面的4Q电阻器的电压在图17.28。图17.28Z₂