定時循環(huán)小彩燈EWB仿真報告

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告題目： 帶電子定時器的循環(huán)彩燈 姓 名： 王樹新 學 號： 130102215 班 級： 工業(yè)工程1302 成 績： 摘 要 隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，定時循環(huán)小彩燈的應(yīng)用也越來越廣泛，各種裝飾彩燈、廣告彩燈越來越多地出現(xiàn)在城市中。在大型晚會的現(xiàn)場，彩燈更是成為活躍氛圍不可缺少的一道景觀。在彩燈的應(yīng)用中，裝飾燈、廣告燈、布景燈的變化多種多樣，但就其工作模式，可分為三種主要類型：管做成各種各樣和多種色彩的燈管，或是以日光燈、白熾燈作為光源，另配大型廣告語、宣傳畫來達到效果。絕大多數(shù)的彩燈控制電路都是用數(shù)字電路來實現(xiàn)的，例如，用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)的彩燈控制電路主要用555定時

2、器，計數(shù)器，譯碼器，脈沖信號發(fā)生器等組成。本次設(shè)計的可編程彩燈控制電路就是用555組成的多諧振蕩器、計數(shù)器和譯碼器等來實現(xiàn)，其特點是用小彩燈，能實現(xiàn)可預(yù)置連接的循環(huán)功能。 關(guān)鍵字：彩燈，譯碼器，計數(shù)器，555定時器Abstract With the continuous development of modern social economy, the application of small lights timing cycle is becoming more and more widely, all kinds of decorative lights, advertising lig

3、hts are increasingly appeared in the city. In a large party scene, landscape lights is indispensable to become active atmosphere. In the application of lights, lights, advertising lights, set the light changes varied, but its working mode, can be divided into three main types: tube to make all kinds

4、 of tubes and a variety of colors, or with fluorescent lamp and incandescent lamp as light source, the other with large slogans, posters to achieve the effect. Most of the lights control circuit is achieved with the digital circuit, for example, with lights control to realize the scale integrated ci

5、rcuit of electric.Key words: lights, decoder, counter, timer 555 目 錄摘 要1Abstract21.引言41.1 選題的意義及國內(nèi)外概況41.2電路設(shè)計的用途及實際應(yīng)用情況41.3電路設(shè)計旨在解決的關(guān)鍵問題42.總體方案設(shè)計42.1設(shè)計思路及框架42.2設(shè)計方法53.電路的工作原理53.1電路原理圖53.2電路元器件及其工作原理53.3電路工作原理93.4電路參數(shù)計算94.仿真設(shè)計結(jié)果95.結(jié)論136.課程設(shè)計的體會 13參考文獻151.引言 1.1 選題的意義及國內(nèi)外概況555定時器是美國Signetics公司1972年研制的

6、用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個5的電阻而得名。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。555定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范,是比較流行的一種裝飾品。它能夠?qū)崿F(xiàn)按555定時器所給定的設(shè)置進行相應(yīng)的循環(huán)。 1.2電路設(shè)計的用途及實際應(yīng)用情況電路的設(shè)計主要是為了應(yīng)用在能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)的電路，比如循環(huán)小彩燈，循環(huán)廣告燈，流水式彩燈電路等一系列電路。由于成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單等有點，所以實際中的應(yīng)用也是頗多，比如商家門口的廣告循環(huán)燈，以及節(jié)日活躍氣氛的小彩燈都是應(yīng)用到了定時器循環(huán)小彩燈的

7、設(shè)計電路。 1.3電路設(shè)計旨在解決的關(guān)鍵問題定時循環(huán)小彩燈的電路設(shè)計主要是為了解決現(xiàn)實生活中一些需要活動氣氛的場所，由于成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，來替代一些成本比較昂貴，電路復(fù)雜的電路。2.總體方案設(shè)計 2.1設(shè)計思路及框架 由于設(shè)計電路要求具有定時循環(huán)功能多的小彩燈，所以根據(jù)電路要求從EWB元件器庫中選擇所需的基本元器件，74LS138芯片、7490芯片、555發(fā)生器、小彩燈、電阻、電容、電源等元件，根據(jù)需要修改參數(shù)?？傮w設(shè)計電路如圖2-1所示。 74LS1338芯片7490芯片555定時器小彩燈圖2-1 總體設(shè)計圖 2.2設(shè)計方法 使用EWB軟件進行電路的連接及仿真，先從EWB的界面中選出

8、74LS138芯片、7490芯片、555發(fā)生器、小彩燈、電阻、電容、電源等元器件擺放在軟件的界面，按事先設(shè)計的思路進行電路連接，來最終實現(xiàn)帶電子定時器的循環(huán)小彩燈正常循環(huán)的目的。3.電路的工作原理 3.1電路原理圖圖3-1 電路原理圖 3.2電路元器件及其工作原理 555定時器結(jié)構(gòu)特點：555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖如圖3-1所示。 圖3-1 555定時器內(nèi)部電路它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)

9、電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3。555定時器工作原理：555 定時器的工作原理主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，

10、C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。 555定時器各引腳功能： 1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。 2腳：低觸發(fā)端TR。 3腳：輸出端Vo 4腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。 6腳：高觸發(fā)端TH。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.516V，

11、CMOS型時基電路VCC的范圍為318V。一般用5V。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器A1、A2基準電壓分別為低電平的情況下，555時基電路的功能表如表3-1所示。表3-1 555定時器功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TRV0放電管T（V）功能0XX0導通直接清零101X保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截至置11110導通清零 555定時器應(yīng)用： （1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等； （2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路 振蕩周期： T=0.7（R1+2R2）C2  （3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關(guān)中。55

12、5應(yīng)用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。74LS138芯片應(yīng)用：當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（(/E2)和(/E3)）為低電平時，可將地址端（A0、A1、A2）的二進制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時，則Y6輸出端輸出低電平信號。利用 E1、E2和E3可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還

13、可作數(shù)據(jù)分配器?？捎迷?086的譯碼電路中，擴展內(nèi)存。74LS138芯片引腳功能： A0A2：地址輸入端 STA（E1）：選通端 /STB（/E2）、/STC（/E3）：選通端（低電平有效） /Y0/Y7：輸出端（低電平有效） VCC：電源正 GND：地 A0A2對應(yīng)Y0Y7；A0,A1,A2以二進制形式輸入，然后轉(zhuǎn)換成十進制，對應(yīng)相應(yīng)Y的序號輸出低電平，其他均為高電平；其引腳電路如圖3-2所示。 圖3-2 74LS1138芯片7490芯片功能：通過不同的連接方式，74LS90可以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對計數(shù)器清零，借助S9(1)、S9(2)將計數(shù)器置9。其

14、具體功能詳述如下：(1)計數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進制計數(shù)器。 (2)計數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器(3)若將CP2和QA相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進制加法計數(shù)器。 (4)若將CP1與QD相連，計數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進制加法計數(shù)器。(5)清零、置9功能。 a) 異步清零 當R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即0000。 b) 置9功能 當S9(1)、S9(2)均為“1”；R0

15、(1)、R0(2)中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即=1001. 3.3電路工作原理 彩燈由發(fā)光的小彩燈來代替，該電路由555定時器、7490計數(shù)器和74LS138譯碼器組成。7490計數(shù)器的時鐘由555振蕩器提供，改變555的振蕩頻率，即可以改變計數(shù)器的快慢，即可以控制彩燈閃爍的快慢。計數(shù)器的輸出端作138譯碼器的輸入信號，計數(shù)器輸出不同數(shù)據(jù)，即可以控制138譯碼器得到8種不同的輸出，控制彩燈的循環(huán)變化。通過555定時器連接的電阻來控制定時器的頻率，通過中間的7490將脈沖輸入74LS138，再通過74LS138的管腳Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7將脈沖輸出，輸出的脈沖接到小彩燈

16、的接線上，檢查無誤后進行仿真，若連接正確，小彩燈就會循環(huán)閃爍。 3.4電路參數(shù)計算 表3-2 電路元器件型號名稱數(shù)量555定時器脈沖信號發(fā)生器17490計數(shù)器174LS138譯碼器1電阻10電容2彩燈74.仿真設(shè)計結(jié)果 7個小彩燈按綠紅藍綠紅藍紅的順序擺放，將電路仿真開關(guān)點開，7個小彩燈就會從第1個按照一定的時間間隔依次閃爍。如圖4-1仿真結(jié)果及如圖4-2，555仿真波形，圖4-3，7490仿真波形，圖4-4，74LS138仿真波形所示。圖4-1 仿真結(jié)果圖4-2 555定時器仿真波形圖4-3 7490仿真波形圖4-4 74LS138仿真波形5.結(jié)論 電路連接完成后，將EWB的仿真開關(guān)點開，對

17、其電路進行仿真測試，實驗結(jié)果如同設(shè)計要求一樣，7個小彩燈按照擺放的順序依次循環(huán)閃爍，每兩個小的閃爍時間間隔為1S鐘。 循環(huán)彩燈電路的優(yōu)點是電路連接比較簡單，成本低廉，能夠按照預(yù)先設(shè)計的順序使每一個小彩燈依次順序的進行閃爍，從而達到仿真的目的，形成自動循環(huán)彩燈。循環(huán)彩燈電路的缺點是電路所實現(xiàn)的功能比單一，僅僅能實現(xiàn)彩燈定時閃爍的結(jié)果，而不能實現(xiàn)其他的結(jié)果，所以性價比不是特別高。循環(huán)彩燈電路改善之處為，由于電路實現(xiàn)的功能相對單一，所以可以將電路再做一下相應(yīng)的改進，比如再接一個音樂控制器，形成自動定時循環(huán)音樂小彩燈等等一系列功能，從而使設(shè)計的電路的應(yīng)用達到最大化。6.課程設(shè)計的體會 這次實驗是要求使

18、用EWB仿真軟件完成，而且提供的芯片比較多，基本上是綜合了前幾次數(shù)電實驗所用到的所有的芯片，這是一次綜合性的實驗，有助于我們從整體上把握認識這些芯片的相互關(guān)系，用他們共同實現(xiàn)一個復(fù)雜的功能。 我們要完成這次實驗就要提前對給定的芯片的功能有一個清楚詳細的認識，進而進行邏輯分析，列出真值表，然后才能進行電路的搭接和仿真，其次我感受的是這次實驗的連線真的是很復(fù)雜，引腳太多，稍不注意就會連接出錯，所以細心和有耐心是很重要的。 在這次實習中若想自己將電路設(shè)計完成，首先要對555定時器有較深的了解，或者在數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課堂上注意聽講，以至于了解555定時器怎樣工作，最少也要知道，怎樣運用555定時器和電

19、容、電阻等元器件連接成多諧振蕩電路。了解74LS192N以及74LS138N的工作原理，要會運用74LS192N雙時鐘十進制可逆計數(shù)器改造成八進制計數(shù)器，知道74LS138N是低電平輸出。熟練掌握EWB的運用方法，能夠運用這個軟件自己完成電路的設(shè)計，仿真，并能夠完成原理圖的繪制。 通過本次實驗，我加深了對以前所用到的芯片的了解，而且能夠通過恰當巧妙的組合來用他們共同搭接電路，實現(xiàn)一個非常常見也是很有趣味的實驗。這次時間為一個星期的課程設(shè)計試驗大大培養(yǎng)了我的動手能力。在實驗過程中對555定時器，7490,74LS138三個集成芯片的工作原理以及實際的應(yīng)用有了更深的理解，更加熟練的掌握了EWB的應(yīng)用。在21世紀的高新技術(shù)年代，要想發(fā)展就要掌握高科技技術(shù)，不僅要了解更要知道怎樣也能用，并且熟練的運用到生活中，在高科技發(fā)展的現(xiàn)代社會電路一再的集成成小模塊，學習并掌握數(shù)字電子技術(shù)對以后個人的發(fā)展有很大的幫助。這次試驗對自己在電子技術(shù)基