电子线路设计实验光控计数报警路灯概要Word格式.docx

1、中国长春2015年5月1、中文摘要本实验要实现的功能是：路灯能够在黑暗的环境下自动亮，在明亮的环境下自动灭。并且路灯每亮一次自动记数一次并显示次数，累积计数十次，即路灯亮灭了10次，然后启动8路循环闪烁灯并报警。实验分三个部分完成：光电转换电路、计数电路、闪烁报警电路。光电转换部分是由光敏电阻、555定时器、非门、发光二级管、定值电阻组成。计数部分是由计数器、译码器、数码管显示器组成，运用了数字电路中的组合逻辑电路和时序逻辑电路的知识。闪烁报警部分是由NE555时基电路产生脉冲信号，脉冲到达74LS161后开始计数，输出8421BCD码，再通过74LS138译码器进行译码，输出相应的8位信号，

2、驱动LED灯制造出循环彩灯效果，同时用555电路设计报警装置来实现的。 关键词：光电转换电路、计数电路、闪烁报警电路、555定时器、计数器、显示管、译码器、脉冲信号2、英文摘要 This experiment is to realize the function: the street lamp can automatically light in a dark environment, automatic extinguishing in bright environment. Every street lamp and a bright automatic counting time an

3、d shows the number of cumulative count ten times, namely, the lights went out 10 times, and then start the 8 cycle flashing lights and alarm. The experiment is divided into three parts: the photoelectric conversion circuit, counting circuit, flashing alarm circuit. The photoelectric conversion part

4、is composed of photosensitive resistance, 555 timer, gate, emitting two tubes, fixed value resistor. Counting part is composed of a counter, decoder, digital tube display, use of digital circuit in the combinational logic circuit and sequential logic circuit knowledge. Flashing alarm part produces p

5、ulse signal from the NE555 time base circuit, pulse at the 74LS161 start counting, output 8421BCD code, and then through the 74LS138 decoder for decoding, 8 signals corresponding to the output, drive LED lamps produce circular lights effect, while using 555 circuit design to achieve the alarm device

6、. Keywords: photoelectric conversion circuit, counting circuit, flashing alarm circuit, 555 timer, counter, decoder, display tube, pulse signal三、正文（一）提出设计要求 设计要求如下：实现路灯能够在黑暗的环境下自动亮，在明亮的环境下自动灭；并且路灯每亮一次自动记数一次，累积计数十次，即路灯亮灭了10次；然后启动8路循环闪烁灯并报警。（二）对设计要求的分析 要实现路灯在光亮暗的影响下自动发光熄灭，需采用光敏二极管或光敏电阻进行调节实现。要实现路灯每亮灭一

7、次计数显示，需采用计数器、译码器、数码显示管。要实现报警系统闪烁灯循环发光需时序信号，可由NE555时基电路产生；使用计数器和译码器实现闪烁灯在数码显示管计数10次后开始闪烁。（三）小组任务分配本组共10位同学，分3个小组。每个小组负责相应部分资料、文献的查询并做相应设计，并完成该部分的实验调试。小组负责的各部分设计达到所需实验现象和要求后，再将各部分合为整体进行实验调试，最终完成整个设计实验。小组任务分配如下：光电转换部分：王秀梅、张贝贝、周波、张鲁计数显示部分：唐欢、张凌娜、王彤玥、许丽琪报警系统部分：马麒麟、白春玉（四）各部分实验设计原理1、光电转换部分原理此部分主要采用555定时器、光

8、敏电阻、非门等来实现发光二极管有光灯灭、无光灯亮的功能。1）用555定时器组成的施密特触发器555定时器功能表：输入输出阀值输（）触发输（复位（输出（放电管导通1截止不变明确555定时器的功能后，可用555定时器组成施密特触发器。将555定时器的阀值 输入端和触发输入端相接，即构成施密特触发器，电路图和化简电路图分别如下：由0开始逐渐增加，根据555定时器功能表可知： 当，输出为高电平；维持高电平不变；为低电平。若由大于的电压值逐渐降低，只要，电路输出状态不变，仍为低电平；只有当时，电路才再次翻转，就由低电平跳转为高电平。2） 光敏电阻实物图与工作原理图如下：光敏电阻简介： 光敏电阻，是一种特

9、殊的电阻。它的电阻和光线的强弱有直接关系。光强度增加，则电阻减小；光强度减小，则电阻增大。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 本实验就是利用光敏电阻光电转换的作用来实现路灯亮暗。3） 发光二极管 简介：发光二极管，它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与

10、N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。 本实验中，若不采用非门，发光二极管将在有光的时候亮，无光的时候灭。实物图如下：4） 非门（74LS00）实物图以及符号：非门又称非电路、反相器、倒相器、逻辑否定电路，简称非门，是逻辑电路的基本单元。非门有一个输入和一个输出端。当其输入端为高电平（逻辑1）时输出端为低电平（逻辑0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。 本实验利用非门的功能，实现发光二极管有光灭，无光亮的要求。5） 光电转换电路设计图2、计数显示部分原理1

11、）电路的原理框图计数电路由1个计数器、1个译码器和1个数码管来完成，用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。在本系统中选用了74LS160计数器、74ls48译码器和共阴极LED数码显示管。2）计数部分本部分要实现十进制记数，使显示的次数最大为9。如采用十六进制计数器74LS161，需要采用置数法或置零法来获得十进制记数器，需要增加芯片，且会增加电路复杂度，故直接采用十进制计数器74LS160来实现。异步清零端/MR1 为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。 160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端

12、P0-P3一致。对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。 160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。 当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。 当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。对于74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。74LS160外部管脚图 如图

13、1所示：图1. 74LS160外部管脚图160外部管脚 引出端符号：TC进位输出端 CP时钟输入端（上升沿有效） CEP 计数控制端 /MR 异步清除输入端（低电平有效） Q0-Q3 输出端 /PE同步并行输入置数端（低电平有效）CET 计数控制端 3）译码、显码部分 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

14、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所示，为共阴极的，用74ls48译码驱动器进行驱动，当电路正常工作时，数码管上会按照设计要求显示路灯工作的次数。 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除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，74

15、Ls48还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由74LS48真值表可获知74Ls48所具有的逻辑功能：a、7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表1中116行。b、消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么

16、状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。c、灯测试功能（LT = 0）此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。d、动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。74LS48引脚功能图 74LS4

17、8功能表 74LS48译码器原理 74LS48的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字，通过它解码，直接把数字转换为数码管的显示数字。译码为编码的逆过程，它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来，实现译码的逻辑路称为译码路。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS48是输出高电平有效的七段数码管译码器驱动器。译码电路设计4）计数系统电路图3、闪烁灯报警系统部分原理本部分主要使用了NE555时基电路产生脉冲信号，脉冲到达74LS161后开始计数，输出8421BCD码，再通过74LS138译码器进行译码，输出相应的8位信号，驱动LED灯制造出循环彩灯效果，同时用555电路设计报警装置。整体框架如

18、下图所示：1）555时基电路产生时钟脉冲555集成时基电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。在延时操作中，脉冲由一个电阻和一个电容控制。用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。NE555会在下降延触发和清零。管脚图如下图，各管脚说明：1接地2触发3输出4复位5控制电压6门限（阈值）7放电8电源电压Vcc。其功能主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号.用555定时器构成多谐振荡器,

19、电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为：T=0.7（R1+2R2）C因此，改变R1或R2的阻值就可以调节彩灯闪烁的频率。555电路在前面部分已有使用，因此，不做详述。2）74LS161计数器74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器,在本实验中74LS161对555输出的脉冲计数，并输入给下一级。74LS161管脚图如下图所示：74LS161的功能表如下表所示 功能表说明：3）74LS138译码器 74LS138译码器当输入A0、A1、A2在000111变化时，对应的输出Y0至Y7为低电平，驱动外接彩灯发亮。其管脚图如下图所示74LS138译码器的真值表如下表：4） 警报电路

20、参考设计5）报警系统电路图（5）设计实验整体实验电路图（六）实验过程1） 各小组按相应实验电路图在实验箱上连接。2）连接好电路图后各小组进行实验调试，发现问题，讨论问题，解决问题。3）调试成功后，各小组在面包板上将电路图重新连接，并再次调试，发现问题，解决问题。4）将各部分电路组合为一个整体，并进行调试。焊接电路。最终实验成功结束。（七）实验成果展示以照片以及视频的形式展示。1） 各部分实物电路图以及现象展示2）整体实物电路图以及整体现象展示3）视频录像（八）实验中遇到的问题 1、实验中由于电路来接不正确555电路被烧坏，所以在连接好电路是应再检查是否有误。 2、一开始做报警系统时，我们首先选

21、择了CD4017来代替74LS161和74LS138，由于实验元件无法提供CD4017，我们又调整了方案，最后确定使用74LS161和74LS138。 3、实验开始时没检查电线好坏导致现象失败，浪费了很多时间。之后每次连接前我们都先检查导线。4、报警系统8路循环灯有的亮有的不亮最后可能是导线的接触不良问题。（九）结语 在大家共同不谢的努力下，我们最终完成了实验。 经过这次试验我们学会了很多东西，设计电路最重要的是思路要清晰，有自己的思路并有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。 在完成这

22、次设计的过程中，我们查阅资料，学习吸收别人的长处，最后设计出了自己的设计方案，有了自己的思路和观点。 经过这次试验，我们了解到了理论与实际的差别以及相互间重要的关系。在遇到问题是能够理论与实际相结合，在最短时间内解决问题。这不仅考察一个人的理论知识和动手能力，更能反映我们检查问题并解决问题的能力，也是在考验一个人的耐心，细心。在连接电路的过程中，丝毫不得马虎，必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图，功能表。 同时，经过小组合作实验，促进了同学之间的友谊，提升了合作精神，学会了如何跟老师交流以及大胆向老师寻求帮助。我们组虽然最初讨论之后开始分工，但是在电路的整体组合之后大家一起讨论遇到的问题，一起解

23、决，节省了不少时间，收获了很多。可见团结协作的重要性！所以，不论是在做实验还是说做任何事情，都要有集体合作精神！ 在这里向指导老师道声谢谢，您辛苦了！同时也谢谢小组的每一位组员的努力！参考文献：1臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社,2005.2邱关源 罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.3阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.4谢自美. 电子线路设计-实验-测试M .武汉:华中科技大学出版社, 2000.5数字系统设计方法，大连理工大学编，大连理工大学出版社，1992年.6康华光.电子技术基础数字部分（第五版）M.高等教育出版社，2005.附录.实验元件表实验元件型号个数集成电路74LS16174LS13874LS005552电容100F0.1F电阻1kLED红6绿90.01F5k1非门光敏电阻数码显示管计数器74ls160译码器74ls48扬声器