路燈控制器課程設(shè)計

1、徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告目 錄摘要.i 1課題背景（或緒論、概述）.11.1課題背景.12設(shè)計方案簡述 22.1 主要器件及作.22詳細(xì)設(shè)計 33.1 單元電路設(shè)計 .3 3.2時間計數(shù)器電路.63.3次數(shù)記數(shù)電路.63.4譯碼、顯示電路.74設(shè)計結(jié)果及分析.84.1測試結(jié)果.85總結(jié). 95.1加深理論學(xué)習(xí).95.2加強動手實踐能力. .95.3培養(yǎng)科研能力.9參考文獻(xiàn).10摘 要本設(shè)計以數(shù)碼管、譯碼器、計數(shù)器、光敏電阻、運放、555定時器、pt2262、pt2272、繼電器、三極管、二極管、電阻、電容等元件制作的路燈控制器。主要實現(xiàn)當(dāng)處于暗環(huán)境下（晚上）能夠自動開燈（發(fā)光

2、二極管亮），當(dāng)處于亮環(huán)境下（白天）能夠自動關(guān)燈（發(fā)光二極管滅）；能自動記錄“路燈”的開燈次數(shù)（用1位數(shù)碼管顯示）；能累計“路燈”開燈時間（用2位數(shù)碼管顯示）。通過用protel99se畫電路原理圖和用proteus仿真和理論分析設(shè)計出路燈模擬控制的藍(lán)本。最終在實際中調(diào)試檢驗。在最初時，顯示亮燈次數(shù)的數(shù)碼管顯示的數(shù)值不是很準(zhǔn)確，可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的分壓比實現(xiàn)次數(shù)的穩(wěn)定，然后再在輸出端經(jīng)過兩次求反穩(wěn)定輸出波形。通過課程設(shè)計，將理論知識應(yīng)用于實踐，加強了對知識的廣度與深度的理解。培養(yǎng)了動手能力和一定的科研創(chuàng)新能力，在廣泛獲取有關(guān)知識理論的前提下，通過實踐展示出來.理論與實踐在一定程度上很接近，但

3、不會結(jié)對符合，由此得出結(jié)論，通過理論指導(dǎo)實踐，通過實踐促進(jìn)理論的學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞：數(shù)碼管；譯碼器；計數(shù)器；pt2262；pt2272- ii -1課題背景（或緒論、概述）1.1課題背景1.1.1目的意義該設(shè)計是通過實際設(shè)計調(diào)試成一個可以自動控制的模擬路燈控制器，通過實際的模擬解決人力資源的浪費，提高效率。模擬路燈控制器有著十分廣泛的應(yīng)用背景。在一些無人操作控制的工廠和一些些家用設(shè)施中，它可以自動控制路燈的亮暗，起到節(jié)省資源，有效避免資源浪費，同時他可以有效緩解壓力，處分利用人力資源，提高效率。1.1.2基本理論依據(jù)和工作內(nèi)容主要依據(jù)計數(shù)器，譯碼器，光敏電阻等基本元器件的原理，設(shè)計出電燈隨著光線的亮

4、暗而自動管滅。同時讓數(shù)碼管顯示路燈點亮的時間的并記錄路燈亮暗的次數(shù)。主要實現(xiàn)當(dāng)處于暗環(huán)境下（晚上）能夠自動開燈（發(fā)光二極管亮），當(dāng)處于亮環(huán)境下（白天）能夠自動關(guān)燈（發(fā)光二極管滅）；能自動記錄“路燈”的開燈次數(shù)（用1位數(shù)碼管顯示）；能累計“路燈”開燈時間（用2位數(shù)碼管顯示）。同時，又增加了無線控制，和驅(qū)動繼電器等部分。2設(shè)計方案簡述2.1主要器件及作用2.1.1簡要原理了解常用路燈控制的各種方法，及各自的優(yōu)缺點，通過相互的比較，確定設(shè)計方案，并對所用傳感器進(jìn)行選型，同時加以電路的設(shè)計與分析，完成設(shè)計任務(wù)。2.1.2整體流程圖下面將對路燈控制器的原理，路燈控制器中用到的主要元件以及在電路中的作用分

5、析。該路燈控制器是由光敏元件、計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管顯示器和受控?zé)艚M成。光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器：入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。通過光敏電阻在不同光照條件電阻的大小，從而分的的電壓的大小來控制輸出的高低電平，可以控制記時模塊的開始、停止計時，同時也通過高低電平的變化來產(chǎn)生脈沖使記數(shù)模塊來記數(shù)。2.1.3連接核心主要是通過三極管驅(qū)動繼電器，以光敏電阻為核心作為連接的，通過譯碼器驅(qū)動的數(shù)碼管，顯示亮燈次數(shù)和亮燈時間時間顯示電路次數(shù)顯示電路譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動時間計數(shù)電路次數(shù)計數(shù)電路光電轉(zhuǎn)換電路秒脈沖產(chǎn)生電路繼電器驅(qū)動電路3詳細(xì)

6、設(shè)計3.1單元電路設(shè)計3.1.1光電轉(zhuǎn)換電路光敏電阻光強時電阻小，光暗時電阻大。稱其在這兩個狀態(tài)的電阻分別為亮電阻和暗電阻。本設(shè)計所用的光敏電阻亮電阻約為2k，暗電阻約為200k。電源電壓為+5v，根據(jù)環(huán)境亮暗調(diào)整電位器r1，可以實現(xiàn)光敏電阻上電位隨環(huán)境亮度的改變而改變，從而產(chǎn)生高低電平。同時圖中的三極管放大電路接法有較大的輸入電阻，不影響以上電路的電氣性能。圖中三極管采用9014. 圖3-13.1.2秒脈沖產(chǎn)生電路利用cb555設(shè)計一個多諧振蕩器由公式t=(r1+2r2)cln2,可以計算出r1=r2=47k.圖3-23.1.3pt2262與pt2272pt2262是princeton te

7、chnology公司的一款適用于紅外和無線遙控,將載波振蕩、編碼、發(fā)射部分集于一身的集成電路。它具有價格低、功耗小、抗擾性好、單電阻振蕩、適用電壓范圍寬等優(yōu)點,外圍電路簡單,使用方便。目前被廣泛應(yīng)用于家電遙控、車門遙控、遙控玩具及工業(yè)遙控等領(lǐng)域。pt2262芯片引腳排列如圖2所示。各引腳功能如下：a0a5為地址輸入,可編制成三種狀態(tài)：1、0和高阻態(tài);a6/d0a11/d5為地址或數(shù)據(jù)輸入,取決于接收端的譯碼器。做地址輸入時,可編制成三種狀態(tài)：1、0和高阻態(tài);做數(shù)據(jù)輸入時,可編成l和0兩種狀態(tài)。該芯片最大編碼容量為531441(312)種。為發(fā)射使能端,低電平有效。osc1、osc2外接振蕩電阻

8、,決定電路時鐘頻率。dout為數(shù)據(jù)輸出端。由地址、數(shù)據(jù)的不同狀態(tài)而決定的各位編碼由此腳串行輸出。pt2262 的信號發(fā)送格式如圖3所示。每當(dāng)按鍵有效時,pt2262 發(fā)送四次編碼。每發(fā)送一次編碼都有5ms 寬度的低電平分開,而16ms的編碼是由a0a11十二個碼組成,低位在前,高位在后。pt2262每組發(fā)送12位三態(tài)數(shù)據(jù),要把三態(tài)碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式,每位數(shù)據(jù)(0,1,高阻態(tài))由兩個脈沖位組成(具體編碼格式見圖4),接收端的信號與發(fā)送的信號高低電平正好相反。在接收端,把負(fù)電平的脈沖作為有效信號,這樣的脈沖有兩種,一種為寬脈沖,長度約490s,一種為窄脈沖,寬度約165s。每一個數(shù)據(jù)位的寬度約為1

9、.3ms,每組12位數(shù)據(jù)的寬度約為16ms。如果把寬脈沖看作二進(jìn)制“0”,窄脈沖看作二進(jìn)制“1”,那么接收到的二進(jìn)制碼和發(fā)送的三態(tài)碼的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。這樣,解碼的對象實際上就是與12位三態(tài)碼對應(yīng)的24位的二進(jìn)制碼。解碼原理及硬件結(jié)構(gòu)每檢測到一次有效按鍵,pt2262都發(fā)送四次編碼,接收端收到的編碼間隔是5ms的高電平?？梢岳眠@一特點先檢測有沒有接收到數(shù)據(jù)。當(dāng)有數(shù)據(jù)的時候,就去掉第一次編碼的信號,接收到5ms的高電平的負(fù)跳變后才開始解碼。解碼時,使用單片機內(nèi)的比較器判斷信號的電平跳變,用定時器記錄信號相鄰下降沿和上升沿之間的時間,判斷是寬脈沖(二進(jìn)制1)還是窄脈沖(二進(jìn)制0),將該二進(jìn)制數(shù)

10、值記錄下來,就得到了與發(fā)送端相對應(yīng)的編碼。pt2262/2272是一對帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線遙控發(fā)射/接收芯片。其中發(fā)射芯片pt2262-ir將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，使發(fā)射電路變得非常簡潔。接收芯片pt2272的數(shù)據(jù)輸出位根據(jù)其后綴不同而不同，數(shù)據(jù)輸出具有“暫存”和“鎖存”兩種方式，方便用戶使用。后綴為“m”為“暫存型”，后綴為“l(fā)”為“鎖存型”，其數(shù)據(jù)輸出又分為0、2、4、6不同的輸出，例如：pt2272-m4則表示數(shù)據(jù)輸出為4位的暫存型無線遙控接收芯片。圖3-3pt2262-ir引腳功能說明：pin1-pin6（a0-a5）:地址輸入端，可編成“1”、“0”和“開路”

11、三種狀態(tài)。pin7、pin8、pin10-pin13（a6/d0-a11/d5）: 地址或數(shù)據(jù)輸入端，地址輸入時用pin1-pin6，做數(shù)據(jù)輸入時只可編成“1”、“0”兩種狀態(tài)。pin14（te）: 發(fā)射使能端，低電平有效。pin15、pin16（osc1、osc2）:外接振蕩電阻，決定振蕩的時鐘頻率。pin17（dout）:數(shù)據(jù)輸出端，編碼由此腳串行輸出。pin9、pin18（vdd，vss）:電源+，-輸入端。pt2272引腳功能說明：pin1-pin6（a0-a5）:地址輸入端，可編成“1”、“0”和“開路”三種狀態(tài)。要求與pt2262設(shè)定的狀態(tài)一致。pin7、pin8、pin10-pi

12、n13（d0-d5）:數(shù)據(jù)輸出端，分暫存和鎖存兩種狀態(tài)。pin14（di）: 脈沖編碼信號輸入端。pin15、pin16（osc1、osc2）:外接振蕩電阻，決定振蕩的時鐘頻率。pin17（vt）: 輸出端，接收有效信號時，vt端由低電平變?yōu)楦唠娖健in9、pin18（vdd，vss）: 電源+，-輸入端。pt2262/pt2272工作原理pt2262-ir發(fā)射芯片地址編碼輸入有“1”、“0”和“開路”三種狀態(tài)，數(shù)據(jù)輸入有“1”和“0”兩種狀態(tài)。由各地址、數(shù)據(jù)的不同接腳狀態(tài)決定，編碼從輸出端dout輸出，通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。其編碼時序波形如圖2所示。dout輸出的編碼信號是調(diào)制在38kh

13、z載波上的，osc1、osc2外接的電阻決定載頻頻率，一般電阻可在430k470k之間選擇即可。圖3-4pt2272的暫存功能是指當(dāng)發(fā)射信號消失時，pt2272的對應(yīng)數(shù)據(jù)輸出位即變?yōu)榈碗娖?。而鎖存功能是指，當(dāng)發(fā)射信號消失時，pt2272的數(shù)據(jù)輸出端仍保持原來的狀態(tài)，直到下次接收到新的信號輸入。圖3是紅外發(fā)射和接收的典型應(yīng)用原理圖，為了能正確解調(diào)出調(diào)制的編碼信號，接收端需加一級前置放大級，保證輸入pt2272的信號幅度足夠大。pt2272各輸出端通過各種接口即可控制相應(yīng)的負(fù)載。3.2時間計數(shù)器電路本部分要實現(xiàn)十進(jìn)制記數(shù)，使顯示的時間最大為99秒。如采用十六進(jìn)制計數(shù)器74ls161，需要采用置數(shù)法

14、或置零法來獲得十進(jìn)制記數(shù)器，需要增加芯片，且會增加電路復(fù)雜度，故直接采用十進(jìn)制計數(shù)器74ls160來實現(xiàn)圖3-5q3q2q1q0：0000 0001 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001圖3-6秒脈沖每秒產(chǎn)生一個上升沿信號，而秒脈沖輸出端接74ls160的cp（clk）端，從而實現(xiàn)計時功能。記秒位的74ls160的c0端接記十秒位的74ls160的ep和et端，可以實現(xiàn)進(jìn)位功能，使記時達(dá)到99秒。通過控制ep端為0或1來控制是開始或暫停記數(shù)，從而實現(xiàn)開燈時間的累記。i圖3-73.3次數(shù)記數(shù)電路與時間記數(shù)電路類似，次數(shù)記數(shù)電路同樣用74ls160來實現(xiàn)。只是cp（

15、clk）端接的是光電轉(zhuǎn)換電路中光敏電阻上端，因此可以實現(xiàn)記錄開燈次數(shù)，最大值為9次。此部分的、ld、ep、et均接1（直接接vcc），使芯片一直保持在記數(shù)狀態(tài)。圖3-83.4譯碼、顯示電路譯碼芯片采用74ls48，其為內(nèi)部有上拉電阻的bcd七段譯碼器驅(qū)動器。可以將bcd代碼譯成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動，一邊數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)顯示出bcd代碼所表示的數(shù)據(jù)。圖3-9數(shù)碼管采用共陰極的lg5011ah4設(shè)計結(jié)果及分析將以上各個模塊連接起來，即得到如下圖的總電原理圖。其中u2 clk接的是秒脈沖產(chǎn)生電路的秒脈沖輸出端。此圖為仿真圖，直接用的秒脈沖信號。圖4-14.1測試結(jié)果4.1.1結(jié)果與調(diào)試通過無線遙控開關(guān)

16、可以比較靈敏的開動和停止此裝置。第一個和第二個數(shù)碼管可以比較靈敏的和準(zhǔn)確的累計亮燈的時間。第三個數(shù)碼管可以準(zhǔn)確的計算路燈（模擬）的開關(guān)次數(shù)到此，基本要求已經(jīng)實現(xiàn)。發(fā)揮部分及可以用繼電器啟動真正的路燈用弱點信號可以實現(xiàn)控制強電信號的要求。5 總結(jié)5.1加深理論學(xué)習(xí)通過本次課程設(shè)計，我充分認(rèn)識到了理論聯(lián)系實際的重要性，我會利用課余時間多讀一些有關(guān)電子技術(shù)的一些書籍，同時注重培養(yǎng)自己的科研能力，和自己獨立解決問題的能力。深厚的理論知識和寬廣的熟知知識是完成每一項制作和設(shè)計必不可少的前提。5.2加強動手實踐能力良好的動手實踐能力是王成任務(wù)的良好的催化劑，要重重培養(yǎng)自己的刻苦鉆研和基本的焊工。只有不斷地將理論知識付諸于實踐，才能真正地理解和掌握一門知識。5.3培養(yǎng)科研能力我從這次設(shè)計中深刻體會到了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的重要性，它可以將我們學(xué)習(xí)到的知識轉(zhuǎn)化成科技生產(chǎn)力，從而造福于社會，加強我們國家的現(xiàn)代化步伐。更進(jìn)一步地說，只有學(xué)好理論知識，提升自己的科研能力，才有可能