電子技術(shù)的課程設(shè)計--七色廣告燈箱控制器

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1方案設(shè)計與分析1</p><p>　　1.1 方案設(shè)計1</p><p>　　1.1.1方案一1</p><p>　　1.1.2 方案二1</p><p>　　1.2 方案分析比較2</p><p>

2、;　　2 設(shè)計框圖及原理3</p><p>　　2.1 設(shè)計電路框圖3</p><p>　　2.2 設(shè)計原理3</p><p>　　3 模塊設(shè)計及原理解析5</p><p>　　3.1 整流電路模塊5</p><p>　　3.2 555定時器7</p><p>　　3.2.1 55

3、5定時器的介紹7</p><p>　　3.2.2 施密特觸發(fā)器9</p><p>　　3.2.3 多諧振蕩器10</p><p>　　3.3 74LS160N構(gòu)成的循環(huán)控制器12</p><p>　　4 總體電路及運行分析14</p><p>　　4.1 整體電路圖14</p><p&g

4、t;　　4.2 電路運行分析15</p><p><b>　　心得體會16</b></p><p><b>　　綜述</b></p><p>　　廣告燈箱在城市生活中廣泛應(yīng)用，商場，店鋪，娛樂場所等公共場所都少不了廣告宣傳。單一色彩的廣告燈箱無法吸引人們的注意力，難以達到廣告設(shè)計宣傳的預(yù)期目標(biāo)，已不能滿足人們的要求，在

5、此種情況下七色廣告燈箱應(yīng)運而生。本文介紹的七色廣告燈箱，采取的是白天熄滅，晚上自動點亮；七種色彩循環(huán)變化。不僅增強了廣告宣傳的效果，并且為城市的夜生活添上一抹色彩。</p><p>　　通過查閱《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》等書籍，在網(wǎng)絡(luò)上查閱相關(guān)資料，確定了設(shè)計方案，該控制器采用了橋式整流電路，穩(wěn)壓電源電路，光控開關(guān)電路，時鐘脈沖發(fā)生器，燈光控制等構(gòu)成。利用555定時器，74LS160芯片等構(gòu)成相關(guān)電

6、路。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，不僅對相關(guān)的理論知識有了進一步掌握，同時培養(yǎng)了我們的動手能力和對電子技術(shù)的興趣。</p><p><b>　　1方案設(shè)計與分析</b></p><p><b>　　1.1 方案設(shè)計</b></p><p><b>　　1.1.1方案一</b

7、></p><p>　　用三極管和光敏電阻接成開關(guān)電路，在夜晚時輸出高電平驅(qū)動74LS160芯片組成的循環(huán)控制器，利用555計時器接成多諧振蕩器輸出脈沖信號控制循環(huán)控制器，循環(huán)控制器控制七色彩燈循環(huán)變化的效果。</p><p><b>　　1.1.2 方案二</b></p><p>　　為實現(xiàn)控制七色燈循環(huán)變化，采用555定時器接成施密特

8、觸發(fā)器，在電路中接入光敏電阻以控制輸出電平；由74LS160芯片接成的循環(huán)控制器接收前一級輸入的電平信號，在夜晚啟動電路開始工作；再由555定時器接成周期可調(diào)的多諧振蕩器用以控制循環(huán)控制器的工作周期。循環(huán)控制器控制燈的變化，進而達到設(shè)計要求的效果。</p><p>　　1.2 方案分析比較</p><p>　　方案一和方案二均滿足設(shè)計要求，在其與外部條件均滿足的情況下，可以實現(xiàn)控制七色廣告

9、燈箱的色彩變換。但是由于方案一中采用的晶體管性能受溫度影響較大，電路工作狀態(tài)不夠穩(wěn)定，無法保證電路正常工作。電路二中采用555定時器接成施密特觸發(fā)器，電路中接入光敏電阻用來控制輸出電平，由于芯片工作性能受外界調(diào)節(jié)影響較小，電路工作狀態(tài)相對穩(wěn)定。能夠更好的實現(xiàn)設(shè)計要求。綜合分析比較，選定方案二進行設(shè)計論述。</p><p><b>　　2 設(shè)計框圖及原理</b></p><

10、p>　　2.1 設(shè)計電路框圖</p><p>　　圖 2-1 七色廣告燈箱控制器原理框圖</p><p><b>　　2.2 設(shè)計原理</b></p><p>　　本設(shè)計中用到橋式整流電路，555定時器分別用作施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器，74LS160接成七進制構(gòu)成循環(huán)控制器，紅、白、綠三色燈以不同組合循環(huán)變化。設(shè)計中直接應(yīng)用220v交流電

11、進行供電，通過橋式整流電路將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，進而通過濾波電路和穩(wěn)幅電路獲得穩(wěn)定輸出的直流電源。555定時器接成施密特觸發(fā)器，其中光敏電阻的阻值受光線影響，從而使施密特觸發(fā)器輸出電平改變。74LS160是十進制計數(shù)器，在設(shè)計中采用置數(shù)法使之按照0001→0111循環(huán)變化控制七色燈箱。利用555定時器接成周期可調(diào)的多諧振蕩器，通過改變電阻R的阻值來調(diào)節(jié)電路輸出脈沖的占空比；從而控制循環(huán)控制器的工作周期，進而控制燈的變換次序。</p

12、><p>　　3 模塊設(shè)計及原理解析</p><p>　　3.1 整流電路模塊</p><p>　　圖 3-1 整流電路圖</p><p>　　圖 3-2 方正波形圖</p><p>　　電路的輸入端直接輸入220V交流電壓，通過調(diào)節(jié)變壓器的原副線圈的變比，從而在副邊獲得低電壓，然后通過橋式整流電路轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?lt;/

13、p><p>　　橋式整流電路為全波整流，全波整流就是交流電的正負(fù)半周都被利用，效率較高。單相橋式整流電路由四個二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓U2的整個周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。為達到這一目的，就要在U2的正、負(fù)半周期內(nèi)正確引導(dǎo)流向負(fù)載的電流。設(shè)變壓器副邊兩端分別為1、2，則1為“+”、2為“-”時應(yīng)有電流流出1點，1為“-”、2為“+”時應(yīng)有電流流入2點；相反，1為“+”，2為“-”時應(yīng)

14、有電流流入2點，1為“-”，2為“+”時應(yīng)有電流流出2點；因此，1、2兩點對應(yīng)接兩只二極管的陽、陰極。交流電變?yōu)橹绷骱笮枰M行濾波，當(dāng)變壓器的副邊電壓U2處于正半周期并且數(shù)值大于電容兩端電壓Uc時，二極管D1、D3導(dǎo)通，電流一路流過負(fù)載，另一路對電容C充電。當(dāng)U2到峰值后下降，電容C通過負(fù)載放電，到達一定數(shù)值后，D1、D3截止；當(dāng)U2在負(fù)半周期的電壓值大于Uc時，D2、D4導(dǎo)通，C充電到一定值后通過負(fù)載放電到一定值，通過上述的規(guī)律濾波后

15、，輸出波形比較平滑，平均值也得到提高。在濾波后，通過LM7805CT芯片后，工作正常，輸出電壓穩(wěn)定。</p><p>　　綜上所述，橋式整流電路巧妙的利用了二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⑺膫€二極管接成整流橋，根據(jù)變壓器副邊的電壓U2的極性分別導(dǎo)通，將變壓器電壓的負(fù)極性端與負(fù)載的下端相連接，正極性端與負(fù)載的上端相連，從而可以在負(fù)載的兩端輸出直流電壓。</p><p>　　經(jīng)過分析有變壓器副邊的電壓U

16、2，通過橋式整流電路整流后的輸出電流Il、輸出電壓U的波形如圖3-2所示，其中Il、Ul均為單方向的全波脈動波形。</p><p><b>　　圖 3-3波形分析</b></p><p>　　3.2 555定時器</p><p>　　3.2.1 555定時器的介紹</p><p>　　555定時器是一種集成電路芯片，常

17、被用于定時器、脈沖發(fā)生器和振蕩電路。555可被作為電路中的延時器件、觸發(fā)器或起振元件。于其易用性、低廉的價格和良好的可靠性，直至今日仍被廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計中。許多廠家都生產(chǎn)555芯片，包括采用雙極型晶體管的傳統(tǒng)型號和采用CMOS設(shè)計的版本。</p><p>　　555定時器有以下應(yīng)用：（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路和脈沖鑒幅等；（2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路；（3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)

18、觸發(fā)器，用于一些定時開關(guān)電路中。</p><p>　　555定時器電路結(jié)構(gòu)如圖3-3示</p><p>　　圖 3-4 555定時器電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　555定時器的功能主要有兩個比較起決定。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(dāng)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VC

19、C/3，如觸發(fā)輸入端電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為低電平，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端輸出高電平，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0，C2輸出為1，則可將RS觸發(fā)器置0，使輸出端輸出低電平。</p><p>　　表 3-1 555定時器功能表</p><p>　　3.2.2 施密特觸發(fā)器</p><p>

20、;　　圖 3-5施密特觸發(fā)器電路仿真圖</p><p>　　圖 3-6仿真波形圖</p><p>　　555定時器組成的施密特觸發(fā)器，從輸入端給定一個恒定的電壓信號，作為比較基準(zhǔn)電壓，使之等于VCC/3，當(dāng)光敏三極管在白天時阻值很小，故而在C2的反相輸入端得到的電壓小于VCC/3，從而在輸出端獲得低電平，使后面的電路在低電平控制下無法工作；在夜晚時，阻值增大，因而在C2的反相輸入端獲得的電

21、壓大于VCC/3，進而在輸出端輸出高電平，控制后面的電路正常工作。</p><p>　　3.2.3 多諧振蕩器</p><p>　　555定時器接成多諧振蕩器，脈沖按設(shè)定的周期輸出，作為控制循環(huán)控制器的工作時鐘信號。</p><p>　　圖 3-7多諧振蕩器仿真電路</p><p>　　圖 3-8 仿真波形圖</p><p

22、>　　多諧振蕩器是能夠產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除了含有基波外還有豐富的高次諧波，故而稱之為多諧振蕩器。</p><p>　　多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素作用下，電路就在兩個穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖3-6所示，R1、R2、R3、C為外接定時元件，電路按圖3-6所示連接。由于電源接通瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓為低電平，小于VCC/3，

23、故高電平觸發(fā)端和低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出Uo為高電平，TD截止。這時電源經(jīng)過電阻對電容充電，電壓Uc按規(guī)律上升，當(dāng)Uc=2VCC/3時，輸出Uo為低電平，TD管導(dǎo)通，充電時間T=（R1+R2+R3）*C1。由于TD管導(dǎo)通，電容C1通過電阻和晶體管放電，當(dāng)Uc下降到VCC/3時，輸出Uo為高電平，電容C再次充電，TD管再次截止，讓后重復(fù)第一個過程，電路一旦震蕩起來，Uc的電壓總在（1/3-2/3）VCC之間變化。進而可以按要求輸出設(shè)計

24、要求的波形。</p><p>　　3.3 74LS160N構(gòu)成的循環(huán)控制器</p><p>　　循環(huán)控制器是本次設(shè)計的核心單元，用以控制紅、白、綠三色燈的變化規(guī)律，設(shè)計中采用十進制計數(shù)器74LS160N芯片通過置數(shù)法接成七進制計數(shù)器。</p><p>　　圖 3-9 計數(shù)器示意圖</p><p>　　表 3-2 74LS160邏輯功能表<

25、;/p><p>　　有功能表可知，在此次設(shè)計中，采用的是置數(shù)法，在輸入端的DCBA接成0001，置零端懸空相當(dāng)于接高電平，ET、EP接在一起接收前一級施密特觸發(fā)器輸出的電平信號，當(dāng)輸入高電平時，計數(shù)器開始共工作，接收多諧振蕩器輸出的脈沖信號，當(dāng)上升沿到達時，計數(shù)器計數(shù)一次，QD、QC、QB、QA按0001→0010→0011→0100→0101→0110→0111的規(guī)律循環(huán)變化。當(dāng)狀態(tài)變化到0111時，通過與非門輸出

26、低電平信號返回給置數(shù)端LD，從而開始新一輪的計數(shù)。計數(shù)的時間間隔有多諧振蕩器的工作周期決定，可以通過調(diào)節(jié)振蕩器的占空比來調(diào)節(jié)彩燈的變化節(jié)奏。如果施密特觸發(fā)器給出低電平，RD’=0時，計數(shù)器工作在指令狀態(tài)，停止計數(shù)器停止工作燈也就不會亮。由于74LS160的預(yù)置數(shù)是同步的，即LD’等于0以后，還要等下一個CLK信號到來時才置入數(shù)據(jù)，而此時LD’=0的信號已經(jīng)穩(wěn)定建立，所以信號穩(wěn)定可靠性高。電路工作狀態(tài)穩(wěn)定。</p><

27、p>　　4 總體電路及運行分析</p><p><b>　　4.1 整體電路圖</b></p><p>　　對設(shè)計各個模塊進行了電路組建、仿真、和電路特性的分析后，確保各個模塊能夠正常完成預(yù)定的功能，然后將其中各模塊組合起來測試部分電路是否能夠完成功能，最終將各個模塊組裝完成整體電路，對整體電路進行調(diào)試后，達到預(yù)期目標(biāo)。</p><p>

28、　　圖 4-1 整體電路圖</p><p>　　設(shè)計最終組合電路如圖4-1所示，在調(diào)試過程中對電路各參數(shù)進行修改，對前后各級電路之間的耦合方式采取相應(yīng)措施，對需要進行放大的環(huán)節(jié)加上三極管構(gòu)成放大電路，對于需要限流的環(huán)節(jié)添加電阻，對電容值的設(shè)定通過計算后進行設(shè)定，在確定一系列的的參數(shù)后，利用Multisim軟件進行仿真，最終確定電路是否合理。</p><p>　　4.2 電路運行分析<

29、/p><p>　　電路直接接入220V交流電源，通過調(diào)節(jié)變壓器的變比使之降壓為15V，然后經(jīng)過橋式整流電路得到了單向的脈動電壓，然后通過電容和電阻組成的濾波電路，從而獲得較平滑的電壓，再由LM7805CM芯片穩(wěn)幅輸出5V直流電源。</p><p>　　白天時，光敏三極管阻值很大，電阻分壓很小，555定時器不工作。夜晚時，光敏電阻阻值小，此時的555定時器外加電源的作用下開始工作，輸出高電平使后

30、邊的三極管工作再放大狀態(tài)，從而為下一級電路供電，此處的晶體管相當(dāng)于開關(guān)。</p><p>　　555定時器接成的施密特觸發(fā)器工作，通過調(diào)節(jié)R3的阻值來調(diào)節(jié)輸出信號的占空比。輸出的脈沖信號作為循環(huán)控制器(76LS160)的時鐘信號，當(dāng)循環(huán)控制器的ET=EP=RD’=1時，時鐘信號的上升沿到達時，計數(shù)器工作，完成計數(shù)。輸出端QA、QB、QC分別控制紅、白、綠三色燈。狀態(tài)從0001到0111變化，當(dāng)變化到0111時，通

31、過一個與非門將置數(shù)信號送回到芯片的置數(shù)端，在工作過程中這個變化在循環(huán)控制器的控制下循環(huán)往復(fù)。燈的色彩按照三色的不同組合交替出現(xiàn)，完成色彩變換，吸引行人注意力，增強廣告宣傳效果的目的。</p><p>　　計數(shù)器后面所接的三個晶體管起電流放大作用，是有足夠大電流能夠使彩燈發(fā)光。彩燈串聯(lián)的電阻起保護作用，以免彩燈被燒壞。</p><p>　　在實際應(yīng)用中，光敏三極管應(yīng)當(dāng)置于有光處，而其余的元件

32、則應(yīng)該放在燈箱內(nèi)部避免陽光直射，燈光的保持時間可以調(diào)節(jié)R3來獲得。</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　這是我大學(xué)學(xué)習(xí)中的第一次課程設(shè)計，起初十分茫然，再通過老師的講解和查閱資料后，對課題有了初步認(rèn)識。參閱相關(guān)資料做出了設(shè)計方案，對方案進行分析后，開始元件選取和電路組建，在實踐過程中，對所學(xué)的數(shù)電和模電知識有了更深刻的理解，對原來未明白的

33、地方通過實踐有了更好的理解。</p><p>　　從一竅不通到熟練運用軟件，在設(shè)計的過程中，我學(xué)會了仿真軟件Multisim的應(yīng)用，在無人指導(dǎo)的情況下，我通過自己動手組建簡單電路和查閱資料，熟悉了軟件操作，并在設(shè)計中運用軟件仿真輔助課程設(shè)計。</p><p>　　一周的課程設(shè)計讓我的動手能力有了很大的提高，增強了我對專業(yè)知識學(xué)習(xí)的興趣，通過獨立思考解決問題培養(yǎng)了我的思維能力和自信心，同時也

34、使我認(rèn)識到自身的不足，在設(shè)計過程中，有許多問題還需要通過不斷學(xué)習(xí)來解決。使我更加堅定了好好學(xué)習(xí)專業(yè)知識的決心。</p><p>　　同時很感謝陳老師在此次課程設(shè)計中對我的指導(dǎo)，老師嚴(yán)肅的治學(xué)精神和精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染了我。在完成設(shè)計過程中，老師始終如一的給予了我細(xì)心地指導(dǎo)和不懈的支持。他一絲不夠的工作作風(fēng)是我學(xué)習(xí)工作的榜樣，他循循善誘的教導(dǎo)給予我很多新的構(gòu)想。在此向老師致以誠摯的謝意，謝謝。</p

35、><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.168-187,487-497.</p><p>　　[2] 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第四版.北京：高等教育出版社，2006.514-554.</p><p>　　[3]

36、邱關(guān)源.電路[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.265-268.</p><p>　　[4] 方大千，鮑俏偉.實用電子控制電路[M].第一版.北京：國防工業(yè)出版社，2003.238-264.</p><p>　　[5] 梁宗善.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009.</p><p>　　[6] 電子課程設(shè)計指導(dǎo)書.遼寧：遼寧工程技術(shù)大