电子实验设计-路灯控制器

1湖南文理学院实习报告课程名称：电子设计制作与工艺实习系部：电气与信息工程学院专业班级：自动化11101学生姓名：曹益发指导教师：黄建春完成时间：2013年5月24日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期1目录摘要........................................................................2Abstract....................................................................3一、选题背景................................................................41．1设计要求............................................................41．2指导思想............................................................4二、方案论证................................................................52．1方案说明............................................................52．2方案原理............................................................5三、电路的设计与分析........................................................63．1电路的原理框图......................................................63．2单元电路的设计与分析................................................63．2．1多谐震荡电路的设计与分析.....................................63．2．2译码显示电路的设计与分析.....................................83．2．3计数电路的设计与分析........................................11四、电路的调试与分析.......................................................134．1调试使用的仪器.....................................................134．2电路的调试.........................................................13五、总结...................................................................145．1设计体会...........................................................145．2改进提高...........................................................14附录一元器件清单..........................................................15附录二电路的原理图........................................................16致谢......................................................................18参考文献................................................................192摘要在当今社会中，人们已习惯于早出晚归，所以路灯的控制成为一个需要考虑的问题。本课程设计的任务就是设计一个路灯控制器，要实现的功能是当处于暗环境下（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）。该电路的设计主要分为三个模块：路灯的控制、显示灯亮的持续时间、显示灯亮的次数，每个模块会分别用到不同的集成芯片（其中包括NE555、74LS48、74LS160）和一些常用的电子元件(光敏开光，电阻，电容，滑动变阻器等)。关键词：路灯控制；74LS160；74LS48；555定时器3AbstractInmodernsociety，peoplehavealreadybeenusedtoworkhard.Sothecontrolofthestreetlightbecomesaproblemwhichisneededtobethoughtabout.Thetaskofmycoursedesigningistodesignastreetlightcontrolling.Thefunctionexceptedtobeachievedisthatwhenindarkenvironmentsitcanautomaticallyturnon,wheninthebrightenvironmentscanautomaticallyturnoff.Itcanrecordthenumberofthelighting.Itcanalsoaddupthetimeofthelighting.Itdividesinto3parts:thecontrolofthestreetlight;recordthenumber;addupthetime.Ofcourse,differentpartusedifferentintegrationchip(includingNE555、74LS48、74LS160)andsomeelectroniccomponents(mitsutoshiswitch,electricresistance,electriccapacityandsoon).Keywords:thecontrolofthestreetlight;74LS160；74LS48；NE5554一、选题背景1．1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设计计数显示电路，统计路灯的开启次数。1．2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。5二、方案论证2．1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。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，用共阴极的七段数码管做显示电路。2．2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。6三、电路的设计与分析3．1电路的原理框图图3-1电路的原理框图3．2单元电路的设计与分析3．2．1多谐震荡电路的设计与分析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4.5V~16V工作，7555可在3~18V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/3555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的光电变换振荡电路信号鉴幅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7输出为0，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3-2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。脉冲宽度计算公式：Tw≈0.7(R1+RW+R2)C振荡周期计算公式：T≈0.7(R1+RW+2R2)C经过计算可知R1可为47k，R2为47k。U1LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R147kΩR247kΩC110uFC210nFVCC5VR32kΩKey=A50%54321VCCXSC3ABExtTrig++__+_608图3-2多谐震荡电路3．2．2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。该设计中选用的是七段数码管如图3-3所示，为共阴极的，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。93-3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具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表