路灯控制器.doc
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电子课程设计
——路灯控制器
学院:
电子信息工程学院
专业班级:
姓名:
学号:
指导教师:
2014年12月
目录
一.设计任务与要求••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2
二.总体框图•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2
三.选择器件•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3
四.功能模块••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
4.1光电转换及信号鉴幅电路••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
4.2多谐振荡电路(秒脉冲发生器)的设计••••••••••••••••••••••••••15
4.3计时电路的设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16
4.4计数电路的设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16
五.总体设计电路图•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17
六.硬件仿真••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
七.心得体会••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
路灯控制器
一.设计任务与要求
安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日光灯亮度的变化而自动开启和关断,以满足行人的需求,又能节电。
设计要求及技术指标
1.设计一个路灯自动照明的控制电路。
当日光灯亮到一定程度时使灯自动熄灭,而日光灯暗到一定程度时又能自动点亮。
开启和关断的时间根据用户进行调节。
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。
3.设计计数显示电路,统计路灯的开启次数。
要求完成的任务
1.组装,调试电路,以满足设计要求。
2.画出完整电路图,写出设计实验报告。
二.总体框图
电路原理图如图2-1所示。
信号鉴幅
光电变换
驱动电路
路灯
振荡电路
计数译码
开启时间显示
计数译码
开启次数显示
图2-1电路原理图
设计思路
1.要用日光灯亮度控制灯的开启和关断,首先必须检测出灯的亮度。
可采用光敏晶体管,光敏电阻或光敏二极管等光敏元件做传感器得到信号,再通过信号鉴幅,取得上下限门槛值,用以实现对路灯的开启和关断。
在此次设计中为了方便起见,用滑动变阻器的阻值变化代替光敏元件的参数变化,并通过555施密特触发器的功能实现信号鉴幅。
2.若将路灯开启的启动脉冲信号做计时起点,控制一个计数器对标准时基信号做计数,则可计算出路灯的开启时间,使计数器中总是保留着最后一次的开启时间。
此次设计采用555多谐振荡器产生秒脉冲,并接到用74LS160组成的计数器的CLK端实现计时功能。
3.将555施密特触发器的输出接到74LS161的CLK端,实现计数功能。
4.采用74LS248译码器来译码。
5.利用共阴七段数码管显示时间及次数。
6.用发光二极管代替路灯。
三.选择器件
1.元器件清单
所需元器件清单如表3-1所示。
表3-1元器件清单
元器件名称
数量/个
元器件名称
数量/个
74LS160
3
电阻
4
74LS161
1
滑动变阻器
1
74LS248
4
电容
3
VCC
6
与非门
1
共阴七段数码管
4
非门
1
555定时器
2
发光二极管
1
2.器件功能介绍
(1)集成同步计数器74LS160
如图3-1所示,同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160具有异步清零端,它具有数据输入端A、B、C和D,同步置数端,异步清除端和计数控制端ENT和ENP,为方便级联,设置了进位输出端RCO。
图3-174LS160逻辑符号图
图3-2为74LS160的内部逻辑框图
图3-274LS160内部逻辑框图
当异步清零端=0时异步清零,当置数端=0,=1,CP脉冲上升沿时预置数。
当==ENT=ENP=1时,电路工作在计数状态。
当计数器计数值为9时,进位端RCO输出一个与端高电平部分相同宽度的高电平。
表3-2为计数器74LS160的详细功能。
表3-274LS160功能表
输入
工作
模式
清零
置数
使能
时钟
CLR
LOAD
ENT
ENP
CLK
L
X
X
X
X
清零
H
L
X
X
↑
置数
H
H
H
H
↑
计数
H
H
L
X
X
保持(不变)
H
H
X
L
X
保持(不变)
74LS161的功能同74LS160,差别是74LS161为16进制计数器。
(2)译码器74LS248
74LS248是BCD码到7段码的显示译码器,它可直接驱动共阴极数码管,图3-3为74LS248的引脚图。
图3-374LS248引脚图
74LS248在使用时要注意以下几点:
① 要求输入数字0~15时“灭灯输入端”BI必须开路或保持高电平。
如果不要灭十进制的0,则“动态灭灯输入端”RBI必须开路或为高电平。
② 当灭灯输入端BI接低电平时,不管其他输入为何种电平,所有各段输出均为低电平。
③ 当动态灭灯输入端RBI和D,C,B,A输入为低电平而灯测试端LT为高电平时,所有各段输出均为低电平,并且动态灭灯输出端RBO处于低电平。
④ 灭灯输入或动态灭灯输出端BI/RBO开路或保持高电平而灯测试端LT为低电平时,所有各段输出均为高电平(若接上显示器,则显示数字8,可利用这一点检查74LS248和显示器的好坏)。
⑤ BI/RBO是线与逻辑,既是灭灯输入端BI,也是动态灭灯输出端RBO。
(3)非门74LS04
所用芯片74LS04是一个有六个反相器的芯片,其管脚图与逻辑框图如下图3-4(a)和3-4(b)所示。
图(a)74LS04管脚图
图(b)74LS04逻辑框图
图3-4
仔细观察一下三极管组成的开关电路即可发现,当输入为高电平时输出等于低电平,而输入为低电平时输出等于高电平。
因此输出与输入的电平之间是反向关系,它实际上就是一个非门(亦称反向器)。
在一些实用的反向器电路中,为了保证在输入低电平时三极管可靠地截止,常在三极管的基极连接一个电阻R和一个负电源VEE。
由于接入了电阻R2和负电源VEE,即使输入的低电平信号稍大于零,也能使三极管的基极为负电位,从而使三极管能可靠地截止,输出为高电平。
当输入信号为高电平时,应保证三极管工作在深度饱和状态,以使输出电平接近于零。
为此,电路参数的配合必须合适,保证提供给三极的基极电流大于深度饱和的基极电流。
表3-3为74LS04的逻辑功能表。
表3-374LS04的逻辑功能表
1A
1Y
2A
2Y
3A
3Y
4A
4Y
5A
5Y
6A
6Y
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
逻辑功能描述如下:
当输入端为低电平0时,输出端为高电平1;
当输入端为低电平1时,输出端为高电平0;
即输出端的电平与输入端的电平总是相反的。
(4)与非门74LS00
2输入4输出与非门,74LS00与非门的功能表如表3-4所示。
表3-474LS00与非门的功能表
输入
输出
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
74LS00与非门的管脚图如图3-5所示。
图3-574LS00与非门的管脚图
74LS00与非门的内部结构图如图3-6所示。
图3-674LS00与非门的内部结构图
(5)共阴七段数码管
发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成,可以单独使用,也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。
分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成字型,每一段包含一个发光二极管。
外加正向电压时二极管导通,发出清晰的光,有红、黄、绿等色。
只要按规律控制各发光段的亮、灭,就可以显示各种字形或符号。
LED数码管有共阳、共阴之分。
图3-7(a)是共阴式LED数码管的原理图,图3-7(b)是其表示符号。
使用时,公共阴极接地,7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动(控制),如图3-7(c)所示。
图3-7共阴式LED数码管的原理图(a)、表示符号(b)及驱动电路图(c)
BCD七段译码器的输入是一位BCD码(以D、C、B、A表示),输出是数码管各段的驱动信号(以Fa~Fg表示),也称4—7译码器。
若用它驱动共阴LED数码管,则输出应为高有效,即输出为高
(1)时,相应显示段发光。
例如,当输入8421码DCBA=0100时,应显示4,即要求同时点亮b、c、f、g段,熄灭a、d、e段,故译码器的输出应为Fa到Fg=0110011,这也是一组代码,常称为段码。
同理,根据组成0~9这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表,如表3-5所示。
表3-58421BCD七段译码器的真值表
BCD七段译码器就是根据上述原理组成的,只是为了使用方便,增加了一些辅助控制电路。
这类集成译码器产品很多,类型各异,它们的输出结构也各不相同,因而使用时要予以注意。
数字显示译码器的种类很多,现已有将计数器、锁存器、译码驱动电路集于一体的集成器件,还有连同数码显示器也集成在一起的电路可供选用。
(6)定时器555
定时器555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.定时器555逻辑框图如图3-8所示。
图3-8定时器555逻辑框图
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- 路灯 控制器