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1、武汉理工大学专业课程设计（一）课程设计说明书目 录1 技术指标11.1 初始条件11.2 技术要求11.3 555定时器11.4 计数器CD401721.5 74LS29041.6 74LS13942 设计方案及其比较52.1 方案一52.2 方案二62.3 方案三62.4 方案比较73 实现方案84 调试过程及结论95 心得体会96 参考文献1010 自动循环调光灯电路的设计1 技术指标1.1 初始条件直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具。1.2 技术要求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
2、化的循环速度可以进行调节。1.3 555定时器555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控
3、制等方面。555 定时器的外引脚排列图和内部电路框图分别如图1.1和图1.2 所示。图1.1 555引脚图管脚分布及供能：2低电平触发输入端TRI。该端低于VCC/3（或VCO/2）时，输出Q为高电平； 3输出端OUT； 4复位端RST。RST=0时，Q=0； 5控制电压输入端CON； 6高电平触发端THR。该端电平高于2VCO（或VCO）时，输出Q为低电平； 7放电端DIS； 8电源VCC。图1.2 555内部电路框图它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC / 3 和（2 VCC）/3。1.4 计数器CD401
4、7十进制计数器CD4017其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、.、O9依次出现与始终同步的高电平，宽度等于时钟周期。引脚图如图1.3:图1.3 CD 4017引脚图其引脚功能如下： 1 脚(Y5)，第5输出端； 2 脚(Y1)，第1输出端； 3 脚(Y0)，第0输出端，电路清零时，该端为高电平； 4 脚(Y2)，第2输出端； 5 脚(Y6)第6输出端； 6 脚(Y7)，第7输出端； 7 脚(Y3)，第3输出端； 8 脚(Vss)电源负端； 9 脚(Y8)，第8输出端； 10 脚(Y4)第4输出端； 11 脚(Y9)第9输出端； 12脚(
5、CO)，级联进位输出端，每输入 10 个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。 13 脚(EN)，时钟输入端，脉冲下降沿有效； 14 脚(CP)，时钟输入端脉冲上升沿有效； 15脚(CR)，清零输入端，在“R”端加高电平或正脉冲时，CD4017 计数器中各计数单元输出低电平“0”，在译码器中只有对应“0”状态的输出端 Y0 为高电平； 16 脚(VDD)，电源正端318V 直流电压。1.5 74LS290 74LS290是一个异步十进制计数器。其引脚图如图1.4，其供能表如表1图1.4 74LS290引脚图表1 74LS290功能表1.6 74LS13
6、9 74LS139为2线-4线译码器，输出信号低电平有效。其引脚图和功能表如图1.5和表2所示。 图 1.5 74LS139引脚图表2 74LS139功能表2 设计方案及其比较 2.1 方案一方案一设计电路如图2.1:图2.1 方案一电路图电路工作原理如下：如图2.1，将555定时器的2和6并联连接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脚输出经电容C2稳定后接入CD4017计数器，使其被触发工作，这时，依次会从Y0Y9依次输出高电平，但当Y4与清零端CR相连接后，当Y4输出高电平时，计数器被清零，从头开始计数，因此，
7、在Y1Y3这三个脚上依次接上47K,20K,10K的电阻并将这三个脚同时接入一个发光二极管，发光二极管会依次出现熄灭，微亮，较亮，最亮四个状态。因为脉冲频率f=1.43/(R1+R2)/C1,故改变滑变电阻器的阻值即可改变R1和R2的阻值比，这样即可改变发光二极管闪烁的频率。2.2 方案二方案二设计电路如图2.2：图2.2 方案二路图电路工作原理如下：555触发器产生的脉冲使芯片74LS290工作，从零开始计数，将Qa,Qb接入译码器74LS139，译码器74LS139为低电平输出有效，故通过非门后，低电平变为高电平，此时，若接上小灯泡，则灯即可亮。图中，若电阻分压太大，使灯泡两端电压过小，这
8、时三极管两端电压大于0.7V，则三极管导通，灯亮；若分压电阻分压很小，小灯泡两端压差很小（小于0.7V），则这时三极管截至，灯就不会亮。由此，将分压电阻逐个减小，就可使灯泡两端电压由零增大，是灯泡依次出现熄灭，微亮，较亮，最亮四种状态。改变滑变电阻器的阻值即可改变R1和R2的阻值比，这样即可改变小灯泡闪烁的频率。2.3 方案三方案三设计电路如图2.3：图2.3 方案三电路图电路工作原理如下：如图2.3，非门1，2组成多谐振荡电路。电源接通后G2阻断电压为高电平，右边为低电平，低电平经过C2进入芯片CD4017。此时电容C1不导通，高电平通过 RP，R2至G1左端，这时G1右端为低电平，G2左端
9、为低电平，右端为高电平，对C1进行充电，此时通过C2进入芯片CD4017的是低电平，当C1充电完毕后，接着放电，这时高电平通过C2进入CD4017，而G2左端的低电平通过RP,R2到达G1左端，是其右端变为高电平，之后G2右端呈低电平，通过C2进入芯片CD4017，如此循环即产生了时钟脉冲信号，再作用于芯片CD4017。之后原理与方案二一样。改变滑变电阻器的阻值即可以改变脉冲频率。2.4 方案比较以上三个方案中：方案一与实现方案最接近，理论上是最简单的电路。但实验时还要考虑实际情况和芯片工作环境，芯片CD4017输出端接电阻处直接接灯泡，由于CD4017输出端高电平为整个电路电源电压，若电阻分
10、压不够，或是电源电压偏高，会导致灯泡烧掉这样使灯两边电压直接变化，对等的寿命也有影响。方案二则是运用本学期学的书本上我们熟知的计数器74LS290和译码器74LS139来代替方案一中的CD4017，原理简单且熟练，但因为译码器74LS139是低电平输出有效，故要使灯亮就得将低电平转换成高电平，因此会用到多个非门，实际操作中不方便。方案三将555信号发生器改用非门构成的信号发生器，整体原理和方案一差不多，同时也克服了方案一的不足，但发生器部分实物连线很麻烦，为布线和调试带来不方便。因此，考虑多方面因素，实现方案采用555发生器和CD4017计数器。3 实现方案实现方案设计电路如图3.1：图3.1
11、 实现方案电路图电路工作原理如下： 如图3.1，将555定时器的2和6并联连接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7脚（Y3）输出经电容C2稳定后接入CD4017计数器，使其被触发工作，这时，依次会从Y0Y9依次输出高电平，但当Y4与清零端CR相连接后，当Y4输出高电平时，计数器被清零，从头开始计数。接于Q1,Q2,Q3之后的二极管和电阻均是起分压作用。图中，若电阻分压太大，使灯泡两端电压过小，这时三极管两端电压大于0.7V，则三极管导通，灯亮；若分压电阻分压很小，小灯泡两端压差很小（小于0.7V），则这时三极管截至
12、，灯就不会亮。由此，将分压电阻按47K,20K,10K逐渐减小，就可使灯泡两端电压由零增大，是灯泡依次出现熄灭，微亮，较亮，最亮四种状态。 改变滑变电阻器的阻值即可改变R1和（R2+RP）的阻值比（这里的RP指的是滑变电阻器有效的那部分），这样即可改变小灯泡闪烁的频率。各部件功能：（一）、555定时器将555定时器的2和6并联连接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。在R1：（R2+RP)2:1时，555内部三级管导通，555从3脚输出低电平；当1: 2 R1：（R2+RP)2:1时，555内部三极管截止，3脚输出高电平。（二）、计数器CD4017十进制计数器
13、CD4017其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、.、O9依次出现与始终同步的高电平，宽度等于时钟周期。（三）、VT9013当基极和射极间电压超过0.7V时，晶体管导通，这时即可放大电流；当基极和射极间电压小于0.7V时，晶体管截止，此时不能起到放大电流的作用。（四）、电容C1的作用是滤波并避免干扰从而稳定电路；电容C2的作用是滤波并避免干扰从而使脉冲更稳定，以免信号失真。4 调试过程及结论调试过程中，无论怎样都少一个状态，一遍遍的从头检查电路板并分析其中的关系，才发现在接电路时CD4017输出端应接Q1,Q2,Q3,Q4,而我接成了Q0
14、,Q1,Q2,Q3，致使在R清零时灯就亮了，因此总是只有三个状态在闪烁。另外，若是三个电阻搭配不合理，状态也会缺失，如我之前电阻用的是100K,47K和0.3K的，那样电阻跨度太大，致使灯泡亮度太大，又由于视觉暂停效果，等的闪烁会有紊乱的现象。要检查输出状态是否正确，可用示波器测试CD4017各输出端的波形，即使有的状态用肉眼看不出来（比如本实验中的微量状态登几乎没发光），因此有时候除了观察实验现象外，还应结合理论数据。5 心得体会 从原来的羡慕别人假期有事可做，到听说我们也要做课程设计是的兴奋，到看到题目刹那间的心慌，到自己的认真准备，到答辩时的紧张，到调试时的反复，到写报告时的忙乱，到完成
15、后的满足，虽然前后一共只有半个月的时间，期间还得分出精力准备期末考试，但这段时间过的很充实。 以为不会很难，但看到任务书时才发现不是很简单，因为不是简单的只是一种方法就行了，而是要多种方法。可是如果只是一种方法，又如何叫做真正的设计，如何起到真正要的效果？ 查资料，设计方案，布线，调试，写报告一步一步认真的走下来，自己受益匪浅。不再是面对庞大的Internet无从下手，同时也会好的利用了一次图书馆面对图书馆的“五花八门”的书要找到自己想要的那一点点相关东西，还真不容易。设计方案更是全部是自己根据自己的理解设计出来的，虽然很简单，但也是自己的劳动成果。布线和调试是实验中最重要，也是最麻烦的环节。
16、好不容易布线完了，好不容易找到电源了，可是结果就是出不来，这时就需要足够的耐心和细心。“历经艰辛”终于找到“罪魁祸首”是的激动和兴奋是无以言表的。 通过这次课程设计，发现自己不只在知识有欠缺，自己再遇事态度和处理上都很是迟钝，很难静下心来。一直以来，理论课有老师督促，考试鞭策，平时实验也有老师指导，而这次原原本本都要自己独立完成。我一直是个不大自信的人，只要不是我非常擅长的东西，即使我觉得是对的，也没勇气去大声赞同自己，原来，遇到这种情况的时候，往往会向同学求证。但这次，我告诉自己既然是要独立完成，就要做到真的独立。所以设计出方案后，我花了很久来“检查”自己电路的正确性，可确实又找不到错误。最后我拿上自己独立设计的电路去参加了预答辩。虽然结果不是很理想，但自己努力的结果仍然值得欣慰。这次课程设计是一次不错的经历，我也积攒了不少经验，相信下次课程设计我会做的更好。6 参考文献1 刘浩斌.数字电路与逻辑设计.电子工业出版社，20072 Dave Cutcher.电子电路制作.科学出版社，2007 3 卢成健.555定时器的功能模型及其应用.玉林师范学院学报（自然科学版），2006年05期4 伍时和.数字电子技术基础.清华大学出版社，2009
