彩灯双向循环电子技术课程设计实验报告.doc

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1、安徽农业大学经济技术学院电子技术课程设计报告书课题名称 一种多种波形发生器设计 姓 名汪亦嘉学 号150103233院、系、部机械工程系专 业机械设计制造及其自动化指导教师 李 琰 2017年 6月 13 日一、设计任务及要求：1、用中规模计数器设计双向流动彩灯控制器。2、要求彩灯双向流动点亮，其闪烁频率在110Hz内可调。3、要求用555定时器设计时钟脉冲，五路彩灯采用五个发光二极管代替。设计要求4、双向流动彩灯控制器的直流稳压电源要求自行设计。5、在选择器件时，应考虑成本。6、根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。7、画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 指导教师签名：

2、 2017年6月 日 二、指导教师评语：指导教师签名： 2017年6月 日 三、成绩 指导教师签名： 2017年6月 日 一、 设计目的1、 对模拟电子技术的的直流电源中的整流、滤波、稳压等环节加深印象。2、 了解直流电源各部分的结构。3、 加深对于555定时器的内部结构的理解。4、 将74LS161改为十六进制以内的任一进制计数器。5、 Mulsitim电路仿真软件应用灵活。二、方案论证设计一个双向彩灯控制器，控制五路彩灯。方案一：以555定时器为基础连接成多谐振荡器产生周期在110Hz矩形时钟脉冲，用以启动74LS161计数器。并用74LS161构成八进制加法计数器通过74LS138译码器

3、输出给五个彩灯，实现双向循环。方案一原理框图如图1所示。彩灯译码器八进制加法计数器多谐振荡器图1 双向彩灯控制器方案一的原理框图方案二：与方案一的第一部分原理相同同样采用555定时器构成多谐振荡器，用来产生110Hz的周期矩形时钟脉冲，启动计数器。第二部分采用四进制加法计数器和四进制减法计数器结合实现循环，第三部分同样采用74LS138译码器输出给五路彩灯，实现循环。方案二原理框图如图2所示。四进制加法计数器彩灯译码器多谐振荡器四进制减法计数器图2 双向彩灯控制器方案二的原理框图最终本设计采用的是方案一，只采用一个八进制加法计数器，循环简单方便，仅需一次循环就可实现五路彩灯双向流动。在考虑成本

4、的条件下，节省器件。所以方案一更加合适。三、电路设计1.直流稳压电源电路直流稳压电源电路包括四个部分，单项交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转化成稳定的直流电源。输入电压为220V电压，需要通过电源变压器降压后再对交流电压进行处理。变压器副边电压通过整流电路从交流电转化为直流电压。整流后的电压含有较大的交流分量会影响电路的正常工作，因而为减小电压的脉动，需要通过低通滤波器，使输出电压平滑。滤波后的电压变为交流分量较小的直流电压。最后通过稳压电路使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性的直流电压。其方框图原理图如图3和图4所示。稳压电路滤波电路整

5、流电路电源变压器正弦波图3 直流稳压电源电路方框图图4 电路原理图2.多谐振荡器电路多谐振荡电路由555定时器连接而成，555定时器是一种常用的定时器集成电路芯片。它有两个比较器C1和C2，每个比较器的一个输入端接到三个R电阻组成的分压器上，输出分别接SR锁存器输入端。 555集成电路的输出级为推拉式结构， 此外芯片内部还有一个集电极开路的放电晶体管TD。工作原理为： RD=0时，vo=0，TD导通。 RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，vo=0，TD饱和导通。 RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，Q、Q不变，vo不变，TD状态不变。 RD=1、UTH2VCC/3、

6、UTRVCC/3时，Q=0、Q=1，vo=1，TD截止。 RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，Q=Q=1，vo=1，TD截止。将555定时器的vI1和vI2连在一起，然后将v0经RC积分电路接回输入端就构成多谐振荡器。接通VCC后，VCC经R1、R2和R3对电容C3充电。当vc上升到2VCC/3时，uc=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1、R2和R3对C3充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。两个暂稳态维持时间T1和T2分别可通过RC电路过渡过程公式来进行计算：T1=0.7(R1+R2+

7、R3)CT2=0.7R3CT=T1+T2=0.7(R1+R2+2R3)所以当频率在110Hz时，周期为0.11Hz,所以选择C=5f R1=300K的滑动变阻器 R2=R3=10K当滑动变阻器R1在最左端时，R1=0T=0.7(10K+210k) 4.8f=0.1008当滑动变阻器R1调到最右端时，R1=300KT=0.7(300K+10K+210K) 4.8f=1.1088555定时器的原理图，引脚排列图和多谐振荡器原理图如图5、图6和图7所示 。图5 555定时器原理图图6 555定时器引脚排列图555定时器引脚功能为;脚1接地端 GND脚2触发器输入端 TR脚3输出端 OUT脚4复位端

8、RD脚5控制电压输入端 VCO脚6阈值输入端 TH脚7放电端 DISC脚8电源端 Vcc图7 多谐振荡器电路原理图3.八进制加法计数器电路 74LS161为十六进制异步清零计数器，当RD=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其它输入端状态的影响。当RD=1、LD=0时,电路工作在同步预置数状态。通过CLK时钟脉冲进行触发，每一次脉冲到达时，将本D0 D1 D2 D3中存储的数在Q0 Q1 Q2 Q3端输出。将其连接为八进制计数器实现从00000111八位循环，当每一次时钟脉冲到来时进行计数。然后通过译码器实现输出控制彩灯，使0000控制LED1,0001和0111控制LED2,0010

9、和0110控制LED3,0011和0101控制LED4，0100控制LED5，由此实现五路双向流动。74LS161引脚排列图、状态转换图、电路原理和逻辑功能表如图8、图9图10和表一所示图8 74LS161引脚排列图1001100000110010000100000110010101000111图9 八进制加法计数器状态转换图图10 由74LS161构成八进制计数器电路图表1 74LS161逻辑功能表CLKRDLDEPET工作状态X0XXX异步置数10XX同步预数置X1101保持X11X0保持1111计数4. 译码显示电路 A2、A1、A0为二进制译码输入端,Y1Y7为译码输出端（低电平有效）

10、，S1、S2、S3为选通控制端。当S11、S2+S3=0时，GS输出高电平(S=1)。译码器处于工作状态，输出有效的低电平。当Y0输出有效低电平时，其他引脚输出无效高电平然后通过非门使LED1导通，Y7控制LED5方式与LED1相同。YI和Y2通过与非门控制LED2，当其中一端输出有效低电平时，LED2被点亮，LED3、LED4控制方式与此相同，当Y0Y7依次输出有效低电平时，五路LED彩灯依次被点亮，实现双向流动。74LS138引脚排列图、逻辑功能表和电路原理图如图11、图12和表2所示图11 74LS138引脚排列图图12 由74LS138和LED构成的译码显示电路原理图表2 74LS13

11、8逻辑功能表四、性能的测试1.直流电源性能测试 直流电源电路图测试及仿真结果图如图13图和图14所示图13 直流电源电路图图14 直流电源仿真结果图（1）图14 直流电源仿真结果图（2）2.多谐振荡电路测试调节滑动变阻器，多谐振荡器可输出频率在110Hz范围可调的周期矩形波，测试电路及仿真结果如图15、图16所示图15 多谐振荡器测试电路图16 多谐振荡器仿真结果3.电路整体性能测试彩灯双向流动仿真结果如图17,、图18、图19、图20和图21所示,反向流动仿真结果如图21到图17所示。图17 LED1被点亮图18 LED2被点亮图19 LED3被点亮图20 LED4被点亮图21 LED5被点

12、亮五、结论 利用Mulsitim13.0软件进行仿真测试，频率满足110Hz范围内可调，且彩灯满足双向循环。所以设计满足要求。六、课设电路体会及合理化建议在本次课程设计中，共有直流稳压电源，多谐振荡器，八进制加法计数器，三输入八输出译码器四个主要模块，包括模拟电子技术，数字电子技术的知识。在直流稳压电路的设计过程中，我对模拟电子技术的的直流电源中的整流、滤波、稳压等环节又重新复习了一遍，温故而知新，这次学习不仅仅是了解直流电源各部分的结构，而是自己动手设计一个电源，所以印象更加深刻；多谐振荡器环节是利用555定时器连接而成，通过调节电阻大小控制周期与频率，对于555定时器的内部结构有了更深的理

13、解；74LS161为十六进制计数器，在学习中我对它的使用更加得心应手，知道如何将其改为十六进制以内的任一进制计数器；在仿真过程中，彩灯点亮的那一刻，我无比兴奋。我们以前的学习都是通过书本理解，只有在实践中才能真正理解知识。在本次课程设计中，我收获了许多知识，对Mulsitim电路仿真软件应用起来也更加灵活。不仅对于临近考试的我们有很大帮助，对于以后的学习与研究也受益匪浅。参考文献1 阎石主编. 数字电子技术. M北京：高等教育出版社，2006年2 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器. M北京：国防工业出版社，2005年3 童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础. M北京：高等教育出版社，2006

14、年4 董玉冰主编.Multisim在电工电子技术中的应用.M北京：清华大学出版社，2008年5 高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计. M北京：电子工业出版社，2005年附录I 总电路图附录II 元器件清单序号编号名称型号数量1V1交流电源220v12T1变压器10u13D1整流器3N25914C1电容0.33uf15C2电容22uf16C3电容4.8uf17C4电容0.01uf18U1稳压器LM7805CT19U2555定时器LM555CM110U3八进制计数器74LS161D111U4译码器74LS138D112R1滑动变阻器300K113R2、R3电阻10K214U5U6U7反相器74LS04D315U8U9U10与非门器件74LS00D316R4R5R6R7R8电阻100517LED1LED2LED3LED4LED5彩灯LED5