路灯控制器(原创).docx

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1、徐州师范大学物电学院课程设计报告课 程 名 称： 数字电路课程设计 题 目： 路灯控制器设计 专 业 班 级： 09物31 学 生 姓 名： 张西 学 生 学 号： 09223017 日 期： 2011-6-24 指 导 教 师： 王立巍 物电学院教务部印制说明:1、报告中的第一、二、三项由学生在课程设计开始前填写，由指导教师指导并确认签字。2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩，并填写成绩评定表。3、所有学生必须参加课程设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。答辩小组成员应由2人及以上教师组成。答辩后学生根据答辩情况填写答辩记录表。4、报告正文字数一般

2、应不少于3000字，也可由指导教师根据本门课程设计的情况另行规定。5、平时表现成绩低于6分的学生，取消答辩资格，其该课程设计成绩按不及格处理。6、课程设计完成后，由指导教师根据完成情况写出总结。7、此表格式为徐州师范大学物理与电子工程学院提供的基本格式，指导教师可根据本门课程设计的特点及内容做适当的调整。一、课程设计目的、任务和内容要求：设计要求：当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯（发光二极管亮），当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；能自动记录“路灯”的开灯次数（用1位数码管显示）；能累计“路灯”开灯时间（用2位数1.课程设计目的：电子线路课程实训是完成数字电路、模拟电路课程后

3、，面向本科生开展的综合性的课外科技活动。是教学计划中实践方面的重要组成部分，也是落实本科学生科研训练计划的要求。目的是在着重基础、注重前沿的前提下，促进电子信息类专业和课程的建设，促进教学改革，在教学中注重培养大学生的创新能力、动手能力；加强科学研究和工程实践素质的训练，提高学生对实际问题进行设计、制作的综合能力；吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件；为后续的毕业设计和在今后工作岗位上独立开展科学研究打下良好基础。2.课程设计的任务和内容当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯（发光二极管亮），当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；能自动记录“路灯”的开灯

4、次数（用1位数码管显示）；能累计“路灯”开灯时间（用2位数码管显示）。具体设计任务如下： 1熟悉路灯的工作原理； 2写出路灯控制器的设计方案；3用硬件加以实现；4写课程设计报告。 二、进度安排：课程设计时间安排在学期结束前二周进行，共计14天。第1天： 选择课题，论证设计方案；第2至3天： 原理设计，电路仿真（有条件进行这一步），原理修改；第4至5天： 安装工艺设计，购买元器件；第6至9天： 按安装工艺和调试工艺分步安装、焊接、调试，电路修改，总调；第10天： 结构设计与安装（无外壳要求的可以不做此项）；第11至13天：撰写课程设计报告(文搞要求有纸版和电子版)；第14天： 课程设计答辩、演示

5、、验收。三、主要参考文献：1阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社. 2006年5月第五版2.童诗白 华成英模拟电子技术基础高等教育出版社. 2006年5月第四版 指导教师签字： 年 月 日徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告目 录摘 要 IIAbstract . II1 .课题背景.11.1设计要求.11.2 指导思想. 12. 设计方案简述 12.1方案说明.12.2 方案原理.13 详细设计23.1 电路的原理框图23.2 单元电路的设计与分析24 设计结果调试及分析.114.1 调试使用的仪器 114.2 电路的调试.114.3 改进提高. . . . . . . . .

6、. .115.总 结 . 12参考文献 . 13附录一 元器件清单 .13附录二 实物图 .14附录二 电路图.15摘 要本设计以数码管、译码器、计数器、光敏电阻、555定时器、二极管、电阻、电容等元件制作的路灯控制器。主要实现当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯（发光二极管亮），当处于亮环境下（白天）能够自动关灯（发光二极管灭）；能自动记录“路灯”的开灯次数（用1位数码管显示）；能累计“路灯”开灯时间（用2位数码管显示）。通过用Multisim10画电路原理图以及仿真和理论分析设计出路灯模拟控制的蓝本。最终在实际中调试检验。在最初时，显示亮灯次数的数码管显示的数值不是很准确，可以通过调节555

7、滑动变阻器的分压比实现次数的稳定，然后再在输出端经过两次求反稳定输出波形。通过课程设计，将理论知识应用于实践，加强了对知识的广度与深度的理解。培养了动手能力和一定的科研创新能力，在广泛获取有关知识理论的前提下，通过实践展示出来.理论与实践在一定程度上很接近，但不会结对符合，由此得出结论，通过理论指导实践，通过实践促进理论的学习。关键词：数码管；译码器；计数器 AbstractThis design called the monitor control of lamp,which is based on decodeing ttl chip and the intelligence light

8、sensor.It has the function of control the open and close of the lamp .The bright part of this design is that it can be controlled wirelessly.If it is in the night,the lamp will work automatically.At the same time,if it is in the day,then the lamp will dont work. Through Multisim10 ,the blue print ha

9、s been made out successfully.In the initial,the count of the times of the lamp isnt very clearly.But,by adjusting the voltage of the 555resister,it does.putting theory into practice is very important. Designs through the curriculum, applies the theory knowledge in the practice, strengthened to the k

10、nowledge breadth and the depth understanding.Raised began ability and certain scientific research innovation ability, in under the widespread gain related knowledge theory premise, demonstrated through the practice. The theory and the practice very is to a certain extent close, but cannot tie to tal

11、lies, from this draws the conclusion, through theory instruction practice, through practice promotion theory study.Key words: lamp ;light sensor;decodeing ttl chip- 18 -1选题背景11设计要求1.1.1当日照光亮到一定程度时使灯自动熄灭，而日照光暗到一定程度时又能自动点亮。开启和关断的日照光照度根据用户要求进行调节，可选用一个白炽灯或发光二极管作光源。1.1.2设计计时电路，用数码管显示路灯当前一次的连续开启时间。1.1.3设计

12、计数显示电路，统计路灯的开启次数。12指导思想 本设计采用74LS160、74LS48、555等芯片来完成路灯亮暗控制与所需要的数字逻辑显示功能（在七段数码管上按规律显示特定的数字）。本设计具有逻辑清晰、设计巧妙等特点，能很好的符合课程设计的要求。2 设计方案简述21方案说明本设计主要是通过光敏电阻通过对外界的光线的强弱的感应来控制555的高低电平输出，从而控制路灯的开或关（在本设计中，为方便起见，一律用开关模拟光敏电阻，下面提到的光敏电阻也一样）。为了使计时与计数电路同步启动，555的输出接计时电路的使能端，计数电路的脉冲端。脉冲的产生是用555接成一个频率为1HZ的多谐振荡器，用74LS4

13、8驱动共阴极的七段数码管做显示电路。22方案原理 当光照减弱时，光敏电阻阻值增大，555的2、6端口出现低电平，当它到达一定值时，3口出现高电平，且大于2/3VCC，路灯亮。反之，当光照增强到一定时，光敏电阻阻值减小，3口出现低电平，小于1/3VCC，路灯熄灭。为了避免外部干扰所带来的错误反应（例如来往的车灯给光敏电阻带来的短暂激励），我们利用电容充电带来的时间延迟来解决问题。经以上论证，方案可行。3 详细设计（电路模块的设计与分析）31电路的原理框图光电变换振荡电路信号幅度计算译码驱动电路计数译码开启时间显示路灯开启次数显示图1-132单元电路的设计与分析321 （1）多谐震荡电路的设计与分

14、析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、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等

15、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 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0

16、，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0电平。555定时器主要是与电阻电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容上的电压以确定输出电压的高低和放电开关管的通断，可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生电路。该器件的电源电压为4.5V-18V，驱动电流也较大，并能提供与ttl, MOS电路相兼容的逻辑电平。555定时器可以构成多谐振荡器。自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号图3-1所示为自激多谐振荡器电路和波形图。电路采用电阻、电容组成RC定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节RW或电容C，得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。图3-1 多谐震荡电路（2）光电转

17、换电路无光照射时，光敏电阻RG 的阻值很大（1M以上），555 时基集成电路的2 脚、6 脚电压约为电源电压的1/2（6V）， 3 脚输出低电平，KA线圈无电，继电器释放。当有光线照射到光敏电阻RG 上时， RG 阻值会大幅下降（小于10K），555的2脚、6 脚电压降到电源电压的1/3（4V）以下，3 脚输出高电平，光照消失，KA 仍保持吸合状态。其则电容C1 储存的电压通过RG 加到555 的6 脚，使6 脚的电压大于电源电压的2/3（8V）， 3 脚输出低电平电路恢复到原始状态。光敏电阻RG 每受光照射一次，3脚的电平就转换一次。图 3-2采用555集成电路的简易光电控制器电路图图3-3

18、322译码显示电路的设计与分析 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就会被点亮。该

19、设计中选用的是七段数码管如图3-2所示，为共阴极的，用CD4511译码驱动器进行驱动，当电路正常工作时，数码管上会按照设计要求显示路灯持续工作的时间与工作的次数。 3-4半导体数码管计数器用来产生十进制计数，其输出信号加在译码器输入端，经译码后可在输出端产生所需的控制信号。本电路中译码驱动器采用74LS48。74LS48是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点如下：4 0 b0 S, T0 j/ 7 i 图3-5 74LS48 引脚功能图74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，74LS48还引入了灯测试输入端（

20、LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。由74LS48真值表可知道它的逻辑功能：在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入ABCD经过译码器，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应的字符。除了ABCD=0000以外，RBI也可以接低电平，见表1；（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO作为输入端，当该端输入 低电平信号时，表1中倒数第三行，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管ABCD为啥状态，输出全为0，这个主要用在动态显上。（3）灯测试端（LT=0）此时BI/RBO作为输出端，端输入低

21、电平信号时，表1最后一行，输出全为1，数码管全亮，主要用来判断数码管是否能正常工作。（4）动态灭零输入（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO为输出端，LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，若此时ABCD=0000，表1倒数第二行，输出全为0，数码管灭，不显示这个零，若ABCD不全为零就对数码管无影响，该功能主要用于数码管同时显示时熄灭高位的零。表3-1：323计数电路的设计与分析 该部分用到了计数器74LS160共3个，前两个用来显示二极管亮的时间，第三个显示数码管亮的次数，异步清零端/MR1 为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。160的预置是同步的。当置入控

22、制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。 160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。 当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。 当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。对于74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET

23、、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。 74LS160外部管脚图 如图3-4所示： 3-6 74LS160外部管脚图160外部管脚 引出端符号： TC 进位输出端 CEP 计数控制端 Q0-Q3 输出端 CET 计数控制端 CP 时钟输入端（上升沿有效） /MR 异步清除输入端（低电平有效） /PE 同步并行输入置数端（低电平有效） 图3-7计数电路图3-8计时电路4 设计结果调试及分析41调试使用的仪器 4.0V直流电压源、万用表 42电路的调试 接上电源，3个数码管均显示0（一个是计数用的显示管，另2个作计时用），整个电路处于正常状态。在日光灯下用小螺丝刀调节电位器，当红色较大的发光二极

24、管恰好熄灭时，再断开模拟光敏电阻的开关，看小灯是否能很快发光。若能，则表明这个点恰好是模拟光敏电阻的最佳点；若不能点亮或反应很迟钝，则表明未调节到最佳位置，需要反复调节找到电位器的最佳点。 调试完成后，断开此开关，稍作等待之后，发光二极管亮，数码管开始计数；然后不遮住光敏电阻（即闭合此开关），发光二极管灭，同时数码管停止计数，按下复位开关，数码管显示又全变为零。4.3.改进提高本次的设计中缺少一个总复位开关，用于在路灯不工作时将数码管熄灭，以免费电。可以在CD4511的LE端加上一个单刀单掷开关，打开是高电平，数码管不显示，闭合是接地数码管可以正常计数。5 .总结为期两周的课程设计就快结束了，

25、回首整个过程仍感到些许紧张，但更多的是充实。两周内我查阅了大量资料，通过仔细地研究和反复演算终于完成了我的设计。学习了半年的专业课我掌握了一些电路知识的理论知识，平时的实验课我通过自己的努力学会了数字电子技术中一些简单的控制电路图的设计，为这学期期末的课程设计顺利完成提供了很大的帮助。本次的路灯控制器将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计、和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。学习了的理论知识和实践操作，我们不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我们通过自己的独立动手，让我们学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。在此设计中利用到了三极管的光敏效应，进一步

26、巩固和掌握前面所学的基础知识，加深对了对模拟电路、数字电路的理解，对元气件的使用更加深刻。 通过这次设计，我深深地感觉到了只有付出才会有收获，同时也需要有严谨的学习态度才能学有所获。参考文献【1】阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社.2006【2】童诗白 华成英模拟电子技术基础高等教育出版社，2006年5月第四版附录一 元器件清单名 称数 量名 称数 量5552电阻51K 274LS1603电阻2002174LS483 共阴数管3电阻120K1 电位器2K1电阻47K2 开关2电阻27k1电容0.01u1电阻5101 电容10u2 LED（红） 1附录二 实物图、附录三 电路图答辩记录

27、表学生姓名： 学号： 班级： 答辩地点： 答辩内容记录：成绩评定表学生姓名： 学号： 班级： 类别合计分值各项分值评分标准实际得分合计得分备注平时完成情况3010按时参加课程设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。10设计方案规范合理，设计目标明确，符合专业培养要求，时间安排得当，技术路线可靠。10按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。报告完成情况3010报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理，报告整体格式规范。10设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强；符号统一；图表完备、符合规范要求。10能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果；参考文献数量在3篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。答辩情况4020在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。答辩组长： 20在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。总评成绩： 分 指导教师： （签字）日 期： 年 月 日课程设计总结成绩分析表班级分数分布90分以上89-8079-7069-6060分以下学生数百分比最高分最低分平均分（以下为总结内容）