路灯控制器-课程设计

1电子技术课程设计课程设计任务书2016－2017学年第一学期第18周－19周题目《路灯控制器》内容及要求①设计一个路灯控制自动照明的电路。②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进行调节。③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。④设计计数显示电路，统计路灯的开启次数。进度安排1、查资料，确定方案（三天）2、方案设计（一天）3、仿真调试（二天）4、硬件实现与调试（三天）5、撰写课程设计报告并答辩（一天）学生姓名：指导时间：2017年1月2日－1月6日指导地点：F楼213室任务下达2016年12月26日任务完成2017年1月6日考核方式1.评阅√2.答辩√3.实际操作√4它□指导教师系（部）主任2目录前言.....................................................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电路原理框图.....................................63．2单元电路的设计与分析..............................6四.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................................................155．1设计体会........................................155．2改进提高........................................15六.附录及参考文献......................................166.1附录1元器件清单.................................166.2附录2电路的原理图................................1636.3附录3实物图......................................176.4参考文献.........................................18前言在现代城市中，效率意识日益突出，人们希望不需要人力资源的浪费，希望使效率合理使用最大化。因此，自动路灯控制器是实现无人管理自动开关的重要设计。本课程设计的任务就是设计一个路灯控制器。鼓励学生在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。4一选题背景1．1设计要求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。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。1．2指导思想本设计采用74LS160、74HC04、74LS08、74LS12、CD4511、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（在本设计中，为方便起见，一律用开关模拟光敏电阻，下面提到的光敏电阻也一样）。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，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CD4511驱动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7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3-1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。脉冲宽度计算公式：Tw≈0.7(R1+RW+R2)振荡周期计算公式：T≈0.7(R1+RW+2R2)C经过计算可知R43可为72k，R44为36k。83．2．2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3-2所示，为共阴极的，用CD4511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持续工作的时间与工作的次数。9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CD4511。CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。Q9其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。LE=1时译码器是锁A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效CD4511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。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。10113．2．3计数电路的设计与分析该部分用到了计数器74LS160共五个，前两个和中间两个分别都组成了60进制计数器用于显示分钟和秒，第五个仍是十进制，用来显示路灯工作的次数。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54/74LS160CEP、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3-4所示：12160外部管脚引出端符号：TC进位输出端：CEP计数控制端：Q0-Q3输出端：CET计数控制端：CP时钟输入端（上升沿有效）:/MR异步清除输入端（低电平有效）:/PE同步并行输入置数端（低电平有效）74LS160内部电路图如图3-5所示13四.电路的调试与分析4．1调试使用的仪器4.0V直流电压源、万用表4．2电路的调试接上电源，六个数码管均显示0，（一个是计数用的显示管，另五个作计时用），整个电路处于正常状态。在日光灯下用小螺丝刀调节电位器，当红色较大的发光二极管恰好熄灭时，再断开模拟光敏电阻的开关，看小灯是否能很快发光。若能，则表明这个点恰好是模拟光敏电阻的最佳点；若不能点亮或反应很迟钝，则表明未调节到最佳位置，需要反复调节找到电位器的最佳点。调试完成后，断开此开关，稍作等待之后，发光二极管亮，数码管开始计数；然后不遮住光敏电阻（即14闭合此开关），发光二极管灭，同时数码管停止计数，按下复位开关，数码管显示又全变为零。15五．总结5．1设计体会为期两周的课程设计就快结束了，回首整个过程仍感到些许紧张，但更多的是充实。两周内我查阅了大量资料，通过仔细地研