路灯控制器的设计及仿真.docx

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路灯控制器的设计及仿真

学号:

数字电子技术课程设计

路灯控制器的设计与仿真

系部名称：

电气工程系

专业名称：

电气工程及其自动化

指导老师：

史振江

完成日期：

2014年12月26日

课程设计评定表

姓名

郑依依

学号

20134124

存档号

系别

电气工程系

专业

电气工程及其自动化

班级

工1303班

课程设计题目

路灯控制器的设计与仿真

指导教师评语：

签名：

年月日

1．课程设计成绩：

指导教师签名：

年月日

2．答辩成绩：

答辩小组组长签名：

年月日

3．综合成绩：

备注：

1.“课程设计成绩”一项由指导教师根据学生在设计过程的表现及课程设计说明书评定，满分100分。

2.“答辩成绩”一项由指导老师根据答辩情况评定，满分100分。

3.“综合成绩”=“课程设计成绩”*80%+“答辩成绩”*20%。

摘要

本设计制作的路灯控制器,它由光信号控制电路、路灯驱动电路、振荡脉冲产生电路、计数译码电路和数码显示器组成。

主要实现当处于暗环境下（晚上）能够自动开灯，当处于亮环境下（白天）能够自动关灯；能自动记录“路灯”的开灯次数（用1位数码管显示）；能记录“路灯”开灯时间。

通过用Multisim10画电路原理图和用Multisim10仿真和理论分析设计出路灯模拟控制的蓝本。

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。

关键词：

数码管译码器计数器

第一章引言

在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。

另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。

利用光控路灯控制器可以有效的解决这些问题。

光控路灯控制器是由感光元件光敏三极管来实现光信号向电信号的转换，进而实现由光控电路在白天光线较暗时和夜晚对路灯自动点亮，在白天光线较亮时对路灯自动关闭，从而随光线的明暗变化实现对路灯开启与关闭的自动控制。

另外还可以记录开启时间和开启次数，以供相关人员检查。

这样既节约劳动力成本又节约能源。

第二章设计任务及目的

石家庄铁道大学

工1303数字电子技术课程设计任务书2

题目名称

路灯控制器的设计与仿真

设计任务与要求

（1）设计制作一个路灯自动照明的控制电路，当日照光亮到一定的程度时路灯自动熄灭，而日照光亮暗到一定程度时路灯自动点亮。

（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。

使用的工具软件

Multisim电路仿真软件

提交的设计资料

1．主要电路和元器件的分析论证；

2．Multisim仿真电路图

第三章电路设计总方案及原理框图

3．1电路设计总方案

本系统电路共分为开关控制电路、开关次数记录显示电路、开启时间数码显示器三部分组成。

。

本设计要用日照光的亮度来控制灯的开启和关断，首先必须检测出日照光的亮度。

本设计通过滑动变阻器改变阻值来代替照光照度而引起的光敏电阻的阻值变化。

并用继电器以实现对电路的启和停控制。

通过74160的脉冲输入端CLK和开关电路相连，当开关闭合一次时，CLK接收到一个脉冲，器输出端通过译码器7448和七段显示器相连，实现显示技术功能。

将路灯开启的启动脉冲信号作计时起点，控制计数器对标准时基信号作计数，则从而计算出路灯的开启时间。

3．2电路原理框图

电路原理框图如图3.1所示

第四章单元电路图及设计方案

4．1开关控制电路设计总方案

采用电位器模拟光照的方法，通过控制开关让由555定时器构成的触发器分别处于高电位或者低电位来控制继电器，从而控制路灯。

4．2开关控制电路所用器件功能介绍

4．2．1555定时器

555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。

因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。

如图4．1为555定时器的管脚图

4．2．2由555定时器构成的施密特触发器

如图4.2，只要将555定时器的2号脚和6号脚接在一起，就可以构成施密特触发器。

这个施密特触发器的电压传输特性是反相的。

5号脚悬空时，正向阈值电压和负向阈值电压分别为和。

图4.3是555定时器构成的施密特触发器的工作波。

4．3开关控制电路电路图

如图4.4所示为路灯开关控制电路。

天黑后，能自动启动路灯进行照明（如图4.5）；天变亮时，又可自动停止工作（如图4.6）。

线路简单，不需太多调试。

如图4.8黑天时，即无光照射时，光敏电阻阻值很大,调节电位器到大阻值。

使三极管无法导通，触发器输入端处于高电位，输出低电位，继电器工作，绿色LED显示灯亮，相当于光照强度小时，开关电路处于闭合状态，路灯开始照明。

如图4.9天亮时，即光敏电阻有光照射时，其内阻变小调节滑动变阻器到小阻值。

使三极管导通，由555构成的触发器输入端处于低电位，输出高电位，继电器不工作，红色LED显示灯亮，相当于光照强度大时，开关电路处于断开状态，路灯不亮。

4．4开关次数记录显示电路设计总方案

该电路通过74160的脉冲输入端CLK和开关电路相连，当开关闭合一次时，CLK接收到一个脉冲，器输出端通过译码器7448和七段显示器相连，实现显示技术功能。

4．5开关次数记录显示电路所用器件功能介绍

4．5．1计数器

计数器是数字系统中能累计输入脉冲个数的数字电路，它将输入脉冲构成计数器的输入CP脉冲，计数器就是要统计这个脉冲系列的个数。

本设计采用74160N同步十进制计数器。

74160N有异步清零的作用，在计数功能中，所以有不管它的输出处于那一状态，只要在异步清零输入端加一低电平电压，是清零端为0，芯片就会立即从任何状态回到0000状态。

自第一级的进位端RCO向下一级的信号输入端CP发出信号，使下一级的芯片能够计数启动。

将计数使能端CET和CEP接入高电平，当置数端LOAD和清零端CLR都输入高电平的时侯出于计数状态，在与非门的另一端与下一级相连，就可以达到清零进位的作用。

74160N是常用的十进制计数器，异步清零端LOAD，当它为低电平时，无论其它输入端何状态（包括时钟信号CLK），都使片内所有的触发器状态置零，只有在LOAD接入高电

平是才起作用。

图4.7为74160N的引脚图。

表4.1为74160N功能表。

进位信号RCO，只有当CET=1且--=1111时，RCO才为1；当清零信号为0时，各触发器置0，当清零信号为1时，若预置为0，在下一个时钟脉冲上升沿到来后，各触发器的输出状态与预置的输入数据相同。

在清零和预置都为1的条件下，若使能端为1，则电路处于计数状态。

直到使能端为0时，技术状态结束。

此后处于禁止计数的保持状态。

进位信号只有在=1001且CET=1时输出为1，其余时间均为0.

4．5．2译码器

译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。

它的作用是把给定的代码进行“翻译”，

变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。

译码器在数字系统中有广泛的

用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。

不同的功能可选用不同种类的译码器。

本电路选择7448七段显示译码器。

配合七段显示器使用实现直观的数字显示功能。

数字显示译码器是驱动显示器的核心部件，它可以将输入代码转换成相应的数字显示代码，并在数码管上显示出来。

图4.8所示为七段显示译码器7448的引脚图，输入A3、A2、A1和A0接收四位二进制码，输出a～g为高电平有效，可直接驱动共阴极显示器，三个辅助控制端，以增强器件的功能，扩大器件应用。

7448的真值表如表4.2所示。

从功能表可以看出，对输入代码0000，译码条件是：

灯测试输入和动态灭零输入同

时等于1，而对其他输入代码则仅要求=1，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入代码决定的，并且满足显示字形的要求。

4．6开关次数记录显示电路图

如图4．9

4．7开启时间数码显示器设计总方案

该电路通过一个产生固定频率脉冲的信号发生器，相当于一个时钟信号，与计数显示装置相连，当灯亮时，施密特触发器输出低电平，经过反相器控制计数器的使能端，计数器工作。

通过开关控制电路控制计数的工作开始与结束，两者结合，就实现了计数与计时的转换，本装置中根据实际情况，选择最小计数单位为分。

可通过改变信号发生器产生信号的频率方便的改变计时单位。

4．8开启时间数码显示器电路图

如图4.10

4．9由555定时器构成的多谐振荡器

由555定时器组成的多谐振荡器图4.11所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。

其工作波如图4.12所示。

设电容的初始电压＝0，t＝0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端＝＝0<，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），RS触发器置1，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容Ｃ充电，逐渐升高。

当上升到时，输出由0翻转为1，这时，RS触发顺保持状态不变。

所以0

时刻，上升到，比较器的输出由1变为0，这时，，RS触发器复0，定时器输出。

期间，，放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ通过放电。

按指数规律下降，当时比较器输出由0变为0，RS触发器的，Ｑ的状态不变，的状态仍为低电平。

时刻，下降到，比较器输出由1变为0，RS触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。

此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。

通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。

多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。

由图（D）可知，振荡周期。

为电容充电时间，为电容放电时间。

充电时间

放电时间

矩形波的振荡周期

因此改变、和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。

通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。

用CB555组成的多谐振荡器最高振荡频率约500kHz，用CB7555组成的多谐振荡器最高振荡频率也只有1MHz。

因此用555定时器接成的振荡器在频率范围方面有较大的局限性，高频的多谐振荡器仍需要使用高速门电路接成。

输出脉冲的占空比为上式说明，电路输出脉冲的占空比始终大于50%。

为了得到小于或等于50%的占空比，可以采用如图10.5.8所示的改进电路。

由于接入了二极管D1和D2，电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R1，放电电流只流经R2，因此电容C的充电时间变为而放电时间为

故得输出脉冲的占空比为若取，则q=50%。

电路的振荡周期也相应变成。

4．10由555定时器构成的多谐振荡器电路图

如图4.12

第五章仿真软件Multism10介绍

Multisim软件是迄今为止，在电路级仿真上表现最为出色的软件，有了Multisim软件，就相当于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。

Multisim软件前身是是加拿大IIT公司在20世纪八十年代后期推出的电路仿真软件EWB（ElectronicsWorkbench），后来，EWB将原先版本中的仿真设计模块更名为Multisim,之后又相继推出了Multisim2001、Multisim7等各个版本。

Multisim10界面直观，操作方便，元器件和仪器的图形与实物外形十分接近，且仪器的操作开关、按键也