数电课程设计循环彩灯控制器文档格式.docx
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图1.1
根据此框架图设的实现方案
该任务要求:
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。
因些可以选用一个555多谐振荡器(周期为0.5秒,然后使用4017实现十分频,使周期为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。
因为在两个周期恰好为10倍关心,故5s周期的4017的Q0端口可以实现控制0.5s周期的4017的开通与关闭,选用一个9014NPN改装成非门从而来实现循环功能,即用9014来控制4017芯片的开通和关闭,最后加上复位电路即可实现实验目的。
1.3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:
图1.2
(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:
图1.3
(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)
NPN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NPN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:
图1.4
图1.5
图1.6
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。
电路如下图:
图1.7
图1.8
图1.9
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个亿组的灯都接一个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!
第三部分电路:
用来实现两种的跑动不断循环。
此部分电路主要是用一个NPN改装成的非门来实现交替循环工作!
1.4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9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。
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的第一个输出端(Q0)输出高电平,也给NPN送去一个脉冲,使NPN导通,然后第一部分的4017不在清零,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。
1.5总原理设计
根据上述的原理设计出总的电路图为:
图1.10
1.6元件清单
表1.1
型号
主要参数
数量
备注
4017
5V
3
555定时器
1
二极管
19
发光二极管
2.V
10
磁片电容
103,104
4,1
电解电容
10u
2
电阻
68k,1k,10k
5
实验步骤
2.1PROTEL原理图设计
根据PROTUES原理图改装设计PROTEL原理图,根据实际设计,分别分配好。
图2.1
2.2PCB设计
图2.2
2.3电路板的制作与焊接
先按照PCB制作电路板,然后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,然后把每一块接在一起。
准备对每单元电路进行调试。
2.4电路的调试
焊接完成后,电路并没有按照预期的设计进行工作,然后进行调试,在调试过程中,发现下几个问题。
2.4.1NPN与PNP的分别
最初发现第一部分电路并不工作,起15脚始终为高电平,大致判断出是非门出现问题,然后更换电阻并无问题,认为三极管出问题,然后进行资料查询,发现失误之处,应该使用9014,却用了9013,更换后发现非门仍然没有正常工作。
2.4.2基极在电路板上短路
然后检测电路方面的问题,发现基极通过电阻后电压接近于0,猜测出问题,然后验证出由于制作的失误导致电路板中NPN的基极和地线短路。
2.4.3芯片管脚短路与断路
由于做完电路板后,并没有及时涂抹松香水,倒是氧化,从而倒是部分断路,在解决断路过程中,不小心导致部分短路,使用万用表测出,逐一解决。
2.4.4发光二极管烧坏
当解决以上问题后,观察灯并没有按照设计的亮,总有几个不发光,然后取下测量,发现可能在调试过程中导致烧坏。
结果分析
当制作完成后,发现发光二极管按照预期的方式发亮(虽然由于仪器误差导致时间周期并没有按照预期的理想),先是按照顺序发光,然后同色的发光。
其中发光顺序如表1。
表3.1
单个灯亮时
3个灯亮时
100000000
100100100
010000000
010010010
001000000
001001001
000100000
000010000
000001000
000000100
000000010
000000001
附录
设计原理图
CD4017引脚图:
555定时器引脚图: