数电课程设计循环彩灯.docx
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数电课程设计循环彩灯.docx
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数电课程设计循环彩灯
课程设计
课程名称数字电子技术
课题名称循环彩灯控制器
专业电气工程及其自动化
班级
学号
姓名
指导教师
2011年10月17日
课程设计任务书
课题名称数字电子技术
题目循环彩灯控制器
专业班级电气工程
学生姓名学号
指导老师
审批
任务书下达日期2011年10月17日
设计完成日期2011年10月24日
设计内容与设计要求
一、任务与要求:
1、共有红、绿、黄3色彩灯各9个,要求安一定顺序和时间关系运行。
2、动作要求:
先红灯,后绿灯,再黄灯,分别按0.5S的速度跑动一次,然后,全部红灯亮5S,再黄灯,后绿灯,各一次,以此循环。
3、对各组等的控制,要求有驱动电路。
4、对跑动电路,可以每3个一组,交叉安装,分别点亮每一组,利用视觉暂停,达到跑动的效果。
5、系统要求仿真实验。
二、设计要求:
1、设计出电路设计思路清晰,给出整体设计框图和总电路图;
2、焊接、调试好单片机开发板电路;
3、单元电路设计,给出具体设计思路和电路;
4、安装、调试程序,系统;
5、写出设计报告;
主要设计条件
1、提供调试实验室。
2、提供调试面板,元件。
说明书格式
1、课程设计封面
2、课程设计任务书
3、说明书目录
4、设计总体思路,基本原理和框图(总电路图)
5、单元电路设计(各单元电路图)
6、仿真波形
7、安装,调试步骤
8、故障分析与电路改进;
9、总结与体会
10、附录(元器件清单)
11、参考文献
12、课程设计成绩评分表
13、说明书统一宋体四号字体16开纸打印
进度安排
时间一周
星期一:
课题内容介绍和查找资料;
星期二—三:
总体电路设计和分电路设计,仿真电路;
星期四:
安装,调试电路,验收电路;
星期五:
写设计报告,打印相关图纸,答辩。
参考文献
1.《电子技术基础》,康华光主编,高等教育出版社;
2.《数字电子技术基础(第五版)》,阎石主编,高等教育出版社;
3.《电子技术基础实验、设计与仿真》贾更新编著,郑州大学出版社
目录
一、设计电路的总体思路…………………………………2
二、总原理图及其工作过程………………………………3
1、总原理图………………………………………………3
2、电路完整的工作过程…………………………………3
三、单元电路设计…………………………………………4
四、安装与调试……………………………………………11
五、总结与体会……………………………………………12
六、元器件的清单…………………………………………14
七、参考文献………………………………………………14
八、课程设计成绩评分表…………………………………15
一、设计电路总体的思路
根据设计要求,可画出此电路的框架图
根据该任务要求,我们设计的基本原理是:
先红灯,后绿灯,再黄灯,分别按0.5S的速度跑动一次,然后,全部红灯亮5S,再黄灯,后绿灯,各一次。
以此循环。
根据此要求电路总体上可以分为三部分:
一部分电路为控制0.5s的跑动。
一部分电路为控制5s的跑动。
一部分电路为实现这两种跑动的循环。
因此可以选用两个555多谐振荡器(一个周期为0.5秒,一个为5秒)用来控制跑动的速度,再选两个4017芯片,因为4017芯片在正常工作下,连续送入时钟脉冲时,其十个输出端会依次输出高电平。
这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动,用一个4017芯片来点亮5s的跑动。
选用一个JK触发器和模拟开关4066芯片来实现循环功能,即用JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭。
二、总原理图及工作过程
1.总原理图
2电路完整工作过程
电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不断的给控制着3组灯(3个一组)的4017芯片送去脉冲,从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。
接到高电平的组灯就会发光。
这样就实现先红灯,后黄灯,再绿灯,分别依次0.5s跑动。
当最后的绿灯亮完后,即第一部分的单元电路中的4017的第十个输出端(09)输出高电平时,这就给74LS76触发器送去一个脉冲,于是触发器的Q端就翻转输出低电平使4066模拟开关的一个开关变为断开,从而使第一部分的电路处于不工作状态。
而触发器的Q非端同时了输出一个高电平使4066的另一个开关导通,这时第二部分的电路开始运行。
这样就使全部红灯,再黄灯,后绿灯,各亮一次。
而当绿灯全部亮完后,这时第二部分的4017的第四个输出端(03)输出高电平,也给触发器送去一个脉冲。
于Q端和Q非端翻转。
这样第二部分的4066的模拟开关断开,控制第二部分的模拟开关断开使第二部分的电路不工作。
,而控制着第一部分的4066模拟开关导通,使第一部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。
如此实现了3个一组先红灯,后黄灯,再绿灯0.5s依次跑动,让后再9个一组,先红灯,后黄灯,再绿灯持续亮5s.如此循环下去。
三、单元电路设计与参数计算
在整个电路中,其主要的组成部分有:
555定时器和4017芯片组成的3个一组0.5s依次跑动:
(由于仿真时,设置的时间跟实际理论计算的不符合,故仿真时时间可能不是0.5s)
555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s的
(由于仿真时,设置的时间跟实际理论计算的不符合,故仿真时时间可能不是5s)
4066和74LS76组成的一个循环电路:
(本来是要用hc4060+CD4013(D触发器,用它做2分频电路)+32768Hz的晶振组成秒定时,产生秒脉冲来做循环电路的,不过由于其中的芯片没接触过也比较复杂,所以就没用此方案,改为用4066和74LS76组成的循环电路。
)
设计过程中各个单元的详细原理、电路图和仿真状态如下:
第一部分电路:
实现3个一组红灯,后黄灯,再绿灯,分别依次跑动一次的电路,电路如下图:
此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片,4017芯片有十个输出端口,而每3个一组的灯都接一个4017的输出端口,这样可控制任务中的9组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制,555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端,从而使4017芯片的输出端(01,02,03,04,05,06,07,08,09)依次为高电平,这样就控制指灯不断的跑动!
第二部分电路:
用来实现全部9个一组红灯,再黄灯,后绿灯,各亮一次。
电路图如下图所示:
此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片,4017芯片有十个输出端,而每9个一组的灯都接一个4017的输出端(共接三个),这样可控制任务中的3组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制,555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端,从而使4017芯片的输出端(01,02,03)依次为高电平,这样就控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环!
1:
用来实现两种的跑动不断循第三部分电路环。
电路如下图:
此部分电路主要是用一个4066BP芯片和一个74LS76N芯片来现实。
4066BP芯片为模拟开关芯片,它集成了四个模拟开关(在此用到两个),每个模拟开关有2个端子,一个为控制端,主要接高电平或低电平,其佘两个端子为输入输出端。
当控制接高电平时,开关接通,控制端接低电平时开关断开。
74LS76N芯片为集成JK触发器。
在此电路中触发器的J,K和清零端都接高电平。
这样每给触发器一个触发边沿其输出端就翻转一次。
Q端接4066BP的一个开关的控制端。
Q非接4066BP的另一个开关的控制端。
这样可以使4066BP用到的两个开关一个接通时而另一个就断开。
而触发器的脉冲输入端接第一部分电路中的4017的第十(09)输出端口和第二部分电路中的4017的03输出端口的或门的结果。
而4066模拟开关用到的两个开关的输入端接12V直流电源,其一个开关的输出端接第一部分电路中的555多谐振荡器电源端,别一个开关输出端接第二部分电路中的555多谐振荡器的电源端!
这样就实现了若第一部分的电路工作时第二部分电路就不工作。
而第二部分电路工作时第一部分电路就不工作。
即可实现交替循环工作!
安装与调试
1、按照电路图进行接线,按照单元电路设计中的方法连接好每一块电路,然后把每分块接在一起。
对每单元电路进行调试,在对每部分电路进行调试时仿真状态跟设计和预想的一样,没什么大问题。
2、把各单元电路接在一起调试时,3个一组隔0.5s跑动亮的正常,不过9个一组的持续5s的出现错误,就是0.5s和5s的两个功能电路都一起工作,达不到要设计的要求。
3、把0.5s跑动单元电路中的4017芯片的第十个输出端口和持续亮5s的单元电路中的4017芯片的第四个输出端口用一个或门连起来后就能正常工作了。
不过,持续亮5s的功能中,亮黄跟绿灯时会有三个红灯也一起亮的(问题解决不了)。
不过总体的功能跟效果还是达到要求。
五、总结与体会
此次的课程设计,是一次难得的锻炼机会,让我们充分的利用所学的专业知识,也充分的发挥自己的想象空间,学会了查找资料的方法,也会了仿真,我感谢这次的的课程设计,他让我对数电的了解更加透彻,,以前在学习理论知识时,只知道一些基本的死理论知识,但是在课程设计时,我学会了理论联系实际的重要,在这次课程设计时,使我深刻的认识到具备扎实的基础理论功底的重要性,只有拥有扎实的理论功底,再在实际生活中注重实践,才能在以后的工作中立于不败之地。
在仔细思考并且参阅各种资料后,我成功的设计完了电路,通过了仿真,但仿真只能说明理论的成功,在连接电路时一定要认真仔细,一点差错都不能有,也许一个线头的出错将使整个电路错误,后果将十分麻烦,即便成功接线后,错误依然可能存在。
在调试的过程中遇到一种情况:
打开电源开关的瞬间一个红灯亮0.5S然后所有灯全亮,通过运用老师的指导和努力检修查出是系统内部的问题,改正后恢复正常。
当所有灯一会正常一会不工作,经仔细检查发现在电源处接触不良,改正后恢复正常。
总的来说,本次的课程设计进行的还算顺利,不过对于结果有点不满意,原因就是持续亮5S的功能有点不完善,但总的结果还算达到了设计要求。
此次所用的芯片大部分都是基础类型的,当然有极个别芯片的功能不怎么清楚,不过通过此次课程设计,我对这些未曾接触过的芯片都有一定的认识,对其功能也有一定的了解,比如4066,4017。
这次的课程设计是我更加熟悉芯片的功能跟用法,让我更好的运用逻辑门电路,使我所学的知识得到巩固,并且这次的设计培养了我的独立思考的能力和操作的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多专业知识问题,最后都是在老师的辛勤指导下,终于迎刃而解。
经过一个星期的实习,过程曲折可谓一语难尽,在此期间我们也失落过,也曾一度热情高涨。
从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情,点点滴滴无不令我回味无长。
生活就是这样,汗水预示着结果也见证着收获。
劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。
实习中只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证,而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
对我们而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜,挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!
通过这次课程设计,我受益匪浅,也使我更加深刻的了解了自己的不足,懂得了理论联系实际的重要性,在以后的工作中,我更会注重理论的学习与实践的培养。
六、元器件的清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
4017BP
5V
2
U2
4066BP
5V
1
模拟开关
U4A
74S3N
10
或门
U5
74LS36N
1
JK触发器
U7A
7416N
1
反向器
X1-X27
2.5V
27
指示灯
555-virtualtimer
2
555多谐振荡器
七、参考文献
1.《电子技术基础》康华光主编,高等教育出版社;
2.《数字电子技术基础(第五版)》阎石主编,高等教育出版社;
3.《电子技术基础实验、设计与仿真》贾更新编著,郑州大学出版社;
4.《数字电路设计完全手册》,邓勇、周铎、郑斌编著,国防工业出版社;
5.《电子技术基础课程设计[M]》.梁宗善,华中理工大学出版社;
6.《数字电路指南》,阮祁忠、蔡声镇编著,福建科学技术出版社;
7.《电子技术课程设计指导[M]》.彭介华,高等教育出版社。
电气与信息工程系课程设计评分表
项目
评价
设计方案的合理性与创造性
硬件制作或软件编程完成情况*
硬件制作测试或软件调试结果*
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独特见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务情况
独立工作能力
组织纪律性(出勤率)
综合评分
指导教师签名:
________________
日期:
________________
注:
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容;
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序:
封面、任务书、目录、正文、评分表)。
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- 课程设计 循环 彩灯
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