路燈控制器的設(shè)計(jì)與制作電信(共13頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子綜合開(kāi)發(fā)實(shí)踐報(bào)告設(shè)計(jì)課題：路燈控制器的設(shè)計(jì)與制作專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電子信息工程09一班 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名：孔森 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012-1-13 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2012年1月13日摘要：本設(shè)計(jì)采用74LS390、74LS00、CD4511、555等芯片來(lái)完成路燈亮暗控制與所需要的數(shù)字邏輯顯示功能（在七段數(shù)碼管上按規(guī)律顯示特定的數(shù)字）。本設(shè)計(jì)具有邏輯清晰、設(shè)計(jì)巧妙等特點(diǎn)，能很好的符合課程設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵詞：光敏電阻 計(jì)數(shù)器 555定時(shí)器 數(shù)碼管引言：本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)光敏電阻通過(guò)對(duì)外界的光線的強(qiáng)弱的感應(yīng)來(lái)控制555的高低電平輸出，從而控制路燈的開(kāi)或關(guān)。為了使計(jì)時(shí)與計(jì)數(shù)

2、電路同步啟動(dòng)，555的輸出接計(jì)時(shí)電路的使能端，計(jì)數(shù)電路的脈沖端。脈沖的產(chǎn)生是用555接成一個(gè)頻率為1HZ的多諧振蕩器，用CD4511驅(qū)動(dòng)共陰極的七段數(shù)碼管做顯示電路。設(shè)計(jì)目的：(1)設(shè)計(jì)制作一個(gè)路燈自動(dòng)照明的控制電路，當(dāng)日照光亮到一定的程度時(shí)路燈自動(dòng)熄滅，而日照光亮暗到一定程度時(shí)路燈自動(dòng)點(diǎn)亮。(2)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)電路，用數(shù)碼管顯示路燈當(dāng)前一次的連續(xù)開(kāi)啟時(shí)間。(3)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)顯示電路，統(tǒng)計(jì)路燈的開(kāi)啟次數(shù)。1、方案原理 當(dāng)光照減弱時(shí)，光敏電阻阻值增大，555定時(shí)器的2、6端口出現(xiàn)低電平，當(dāng)它到達(dá)一定值時(shí)，3口出現(xiàn)高電平，且大于2/3VCC，路燈亮。反之，當(dāng)光照增強(qiáng)到一定時(shí)，光敏電阻阻值減小，3口出現(xiàn)低電平

3、，小于1/3VCC，路燈熄滅。為了避免外部干擾所帶來(lái)的錯(cuò)誤反應(yīng)（例如來(lái)往的車(chē)燈給光敏電阻帶來(lái)的短暫激勵(lì)），我們利用電容充電帶來(lái)的時(shí)間延遲來(lái)解決問(wèn)題。經(jīng)以上論證，方案可行。2、 元器件原理介紹 2.1 555定時(shí)器555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等方面。 555管腳圖 2.1.1 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖(C)所示，其中R1、R2和電容C為外接

4、元件。其工作波如圖(D)所示。設(shè)電容的初始電壓0，t0時(shí)接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端0<，比較器1輸出為高電平，輸出為低電平，即，（1表示高電位，0表示低電位），RS觸發(fā)器置1，定時(shí)器輸出此時(shí)，定時(shí)器內(nèi)部放電三極管截止，電源經(jīng)，向電容充電，逐漸升高。當(dāng)上升到時(shí)，輸出由0翻轉(zhuǎn)為1，這時(shí)，RS觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<期間，定時(shí)器輸出為高電平1。時(shí)刻，上升到，比較器的輸出由1變?yōu)?，這時(shí)，RS觸發(fā)器復(fù)0，定時(shí)器輸出。期間，放電三極管導(dǎo)通，電容通過(guò)放電。按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)時(shí)比較器輸出由0變?yōu)?，RS觸發(fā)器的，的狀態(tài)不變，的狀態(tài)仍為低電平。時(shí)刻，下降到，比較

5、器輸出由1變?yōu)?，RS觸發(fā)器的1，0，觸發(fā)器處于1，定時(shí)器輸出。此時(shí)電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過(guò)程。通過(guò)上述分析可知，電容充電時(shí)，定時(shí)器輸出，電容放電時(shí)，0，電容不斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無(wú)外部信號(hào)輸入，卻能輸出矩形波，其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔?。由圖（D）可知，振蕩周期。為電容充電時(shí)間，為電容放電時(shí)間。充電時(shí)間 放電時(shí)間 矩形波的振蕩周期因此改變、和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。2.1.2 555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器只要將555定時(shí)器的2號(hào)腳和6號(hào)腳接在一起，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器。這個(gè)施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性是反相的。5號(hào)腳懸空

6、時(shí)，正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓分別為和。555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器2.2 光敏電阻 光敏電阻器（photovaristor）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(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。2.3 半導(dǎo)體數(shù)碼管 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段

7、就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就會(huì)被點(diǎn)亮。 該設(shè)計(jì)中選用的是七段數(shù)碼管如下圖所示，為共陰極的，用CD4511譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。2.4譯碼器 CD4511 CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下：4 0 b0 S, T0 j/ 7 i具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。CD4

8、511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。CD4511引腳圖如下： " Q9' h- |" 0 T# c其功能介紹如下： 2 Z9 r( H4 u%   BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。. & R/ A3 y!   LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。  LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1

9、時(shí)譯碼器是鎖A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 : s7 M# B8 e$ $ B  a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。還有兩個(gè)引腳8、16分別表示的是GND和Vcc。2.5 計(jì)數(shù)器74LS390集成電路74LS390芯片為雙10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其具有時(shí)鐘輸入CLOCK A（B）和復(fù)位端（CLEAR），可提供手動(dòng)輸入復(fù)位。并且通過(guò)四位輸出端輸出10進(jìn)制BCD碼。引腳圖：A、B 為時(shí)鐘輸入引腳CLEAR為異步清零端、B、C、D為BCD 碼輸出端3、 電路的設(shè)計(jì)與分析3.1電路設(shè)計(jì)的框圖 光控電路計(jì)數(shù)電路譯碼電路數(shù)碼管計(jì)時(shí)電路 3.2 電路的設(shè)計(jì)與

10、分析321光敏電阻與555定時(shí)器構(gòu)成的控制電路該部分電路相當(dāng)于總電路的開(kāi)關(guān)，通過(guò)光照強(qiáng)弱的變化改變光敏電阻的阻值，從而改變Vi的電壓值。在該電路中Vi即為由555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的輸入電壓，Vi的改變會(huì)引起施密特觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)，從而改變輸出電平，達(dá)到開(kāi)關(guān)的效果。當(dāng)光敏電阻周?chē)沫h(huán)境光照強(qiáng)度比較強(qiáng)時(shí)，電阻阻值為幾百歐左右，Vi< ；當(dāng)光敏電阻周?chē)沫h(huán)境光照強(qiáng)度比較弱時(shí)，電阻阻值為1兆歐左右，Vi> 。當(dāng)光敏電阻周?chē)h(huán)境由光變暗時(shí)，Vi增大過(guò)程中達(dá)到值時(shí)，引發(fā)施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖?。施密特觸發(fā)器輸出跳變?yōu)楦唠娖酵瑫r(shí)引起LED燈的開(kāi)啟，多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和計(jì)數(shù)電路

11、的觸發(fā)器觸發(fā)。而當(dāng)光敏電阻周?chē)h(huán)境由暗變光時(shí)，Vi減小過(guò)程中達(dá)到值時(shí)，引起觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出由高電平跳變?yōu)榈碗娖健Ｓ|發(fā)器輸出跳變?yōu)榈碗娖绞筁ED燈熄滅，多諧振蕩器不工作，且計(jì)數(shù)電路觸發(fā)器不觸發(fā)。因此，由光敏電阻和555定時(shí)器組成的控制電路起到總電路開(kāi)關(guān)的作用。 322多諧震蕩電路的設(shè)計(jì)與分析 多諧震蕩器在總電路中的電路圖 如圖所示，C1=10nF，C2=10uF，R1=20K，R2=100 K，按上電路圖與555定時(shí)器相連構(gòu)成可產(chǎn)生頻率為1Hz的多諧振蕩器。多諧振蕩器為計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘脈沖。時(shí)鐘周期T=0.7（R2+2R1）C1=1s。 323譯碼顯示電路的設(shè)計(jì)與分析 當(dāng)電路正常工作時(shí)，數(shù)碼管上會(huì)

12、按照設(shè)計(jì)要求顯示路燈持續(xù)工作的時(shí)間與工作的次數(shù)。 計(jì)數(shù)器用來(lái)產(chǎn)生十進(jìn)制計(jì)數(shù)，其輸出信號(hào)加在譯碼器輸入端，經(jīng)譯碼后可在輸出端產(chǎn)生所需的控制信號(hào)。本電路中譯碼驅(qū)動(dòng)器采用CD4511。 4511驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管電路圖324計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)與分析該部分用到了計(jì)數(shù)器共三個(gè)，需要三片74LS390芯片，組成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用于顯示分鐘和秒。集成電路74LS390芯片為雙10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過(guò)四位輸出端輸出10進(jìn)制BCD碼。 74LS390管腳圖反饋清零法實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù) 先將兩片74LS390級(jí)聯(lián)，接成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。在此基礎(chǔ)上借組與門(mén)和計(jì)數(shù)器異步清零功能，將U2的Q1、Q2分別接至與門(mén)的輸入端。工作時(shí)，在第60個(gè)

13、脈沖計(jì)數(shù)脈沖作用后，計(jì)數(shù)器輸出為0110 0000（十進(jìn)制數(shù)60），U2的Q1、Q2同時(shí)為1，使與門(mén)輸出高電平，U2清零。狀態(tài)0110 0000僅在瞬間出現(xiàn)一下。這樣，就構(gòu)成了60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。計(jì)時(shí)器在總電路中的電路圖325計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)與分析該部分電路實(shí)現(xiàn)記錄路燈開(kāi)關(guān)次數(shù)功能，需要一片74LS390芯片和一片CD4511譯碼器和一個(gè)共陰極數(shù)碼管。當(dāng)光敏電阻周?chē)h(huán)境從亮變暗時(shí)，由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，經(jīng)過(guò)非門(mén)后，74LS390接收到的信號(hào)為由高電平反轉(zhuǎn)為低電平。這個(gè)脈沖下降沿觸發(fā)74LS390計(jì)數(shù)。而當(dāng)光敏電阻周?chē)h(huán)境從暗變亮，輸入信號(hào)為上升沿不會(huì)引起計(jì)數(shù)，從而達(dá)到電路計(jì)時(shí)一次，計(jì)數(shù)一次的效果。 計(jì)數(shù)器由施密特觸發(fā)控制4 電路的調(diào)試與分析4.1 R5 值的確定在Proteus軟件的仿真中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)R5阻值為400K時(shí)，Vi的值的變化能滿(mǎn)足觸發(fā)器的觸發(fā)。而在實(shí)際操作過(guò)程中，可以根據(jù)光敏電阻的不同或現(xiàn)有電阻值中方便選取，原則為光線充足時(shí)Vi<，黑暗時(shí)Vi>。4.2 計(jì)時(shí)器的清零如圖所示，總電路中的這個(gè)7400與非門(mén)的作用為使右數(shù)第二個(gè)數(shù)碼管（即十秒位）在LED燈熄滅時(shí)自動(dòng)清零。計(jì)數(shù)器的數(shù)碼管用來(lái)顯示開(kāi)燈次數(shù)，因此不用清零。計(jì)時(shí)器的另外兩個(gè)數(shù)碼管會(huì)因?yàn)殡娖降母淖冏詣?dòng)清零。 5、總結(jié)：通過(guò)該次課程設(shè)計(jì)，感觸很深，設(shè)