不规则循环彩灯

不规则循环彩灯
第1章方波发生器制作
1.1 设计任务
设计一个简易的方波发生器。

在给定合适电源状态下利用相关器件制作一电路使该电路能输出一定频率的方波。

当输出端接示波器，可观察并计算出所产生的方波波形及频率。

1.2 总体设计方案
根据相关资料查找，运用74LS00及电容电阻设计一个方波发生电路。

图1-1 方波发生器电路图电路工作原理为：该引脚图表示74LS00为“四2输入与非门”，内部有四
V（14脚）个两输入与非门。

A、B为输入端，Y为输出端，其共用电源端为
CC
接地端为GND（7脚）。

当给5脚输入高电平，空脚4输入低电平，经过74LS00输出高电平，对电容C1进行充电，示波器上显示信号在Y轴正半部分。

当电容C1充电结束后，C1继续放电，当放点结束后，C1处相当于断开。

2脚接地，输出低电平。

空脚1输入高电平，经过74LS00输出高电平，对电容C2进行充电，此时4脚输入高电平。

空脚5也输入高电平，经74LS00后输出电平。

即输出为低电平，在示波器显示信号为Y轴负半部分。

C2充电结束后断开，重复第一过程。

从此反复产生稳定方波
1.3系统分析与设计
1.3.1 与非门
与非门是种逻辑电路，用1表示连通，用0表示没有连通。

非门的输出结果与输入正好相反，如输入有信号，但输出为0（无信号），没有输入信号，但输出为1（有信号连通）。

与非门是与门和非门的结
合，先进行与运算，再进行非运算。

与运算输入要求有两个，如果输入都用0和1表示的话，那么与运算的结果就是这两个数的乘积。

如1和1（两端都有信号），则输出为1；1和0，则输出为0；0和0，这输出为0。

与非门的结果就是对两个输入信号先进行与运算，再对此与运算结果进行非运算的结果。

1.3.2 74LS00工作原理
图2 74LS00引脚图
如图2，74LS00为四个2输入与非门电路，1A、1B为第一个与非门的输入端；1Y为该门的输出端，2A、2B为第二个与非门的输入端，2Y为其输出端，依此类推。

若集成芯片引脚的功能标号为NC，则表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。

74LS00真值表：
A＝1 B=1 Y=0
A＝0 B=1 Y=1
A＝1 B=0 Y=1
A＝0 B=0 Y=1
1.3.3 电路工作原理
电路的组成为两个与非门和电阻（R
1和R2）、电容（C
1
和C
2
）构成的网络。

在（14）端接入5V直流电源，（1）端（5）端为空脚是高电平。

由于此时电容未
被充电看成断路，所以输入（2）端（4）端为低电平，C
1和C
2
被充电，输出端也
为高电平大约5V。

当C
1和C
2
放电时，（4）端（2）端对地产生电势变为高电平，
则输出端为低电平大约为0V。

如此反复，产生方波。

1.4 元器件清单、仪器仪表清单
元器件清单如表1—1所示：
表1—1 元器件清单
元器件名称个数
74LS00 2
电阻 2
电容 2
仪器仪表清单如1—2所示：
表1—2 仪器仪表清单
仪器仪表名称个数
万用电路板 1
万用表 1
电烙铁 1
焊芯 1
电工钳 1
导线若干1.5 电路连接及调试结果
1.5.1 电路连接
电路连接步骤为：
（1）根据设计要求，画实验电路图；
（2）根据实验电路图，画出实物位置电路线路，并印制装配图；
（3）运用仿真软件对系统进行仿真；
（4）准备电烙铁，预热，摆放好材料；
（5）根据电路图进行焊接，布线，注意器件正负极；
（6）认真检查焊接是否正确，用万用表检测所焊部分通电情况是否正常；
（7）测试是否成功。

1.5.2实验调试结果
实验测试结果为：将输出端接正弦波发生器，输出端接示波器。

通过调整在示波器上可观察到方波。

1.6 改进意见与收获体会
通过这次课程设计的学习，让我体会到只有理论知识是远远不够的，在实践时，总会出现各种各样问题。

尤其在调试的过程中，总是找不到方波，我们仔细认真的反复检查电路是否有连错或出现短路、焊接不牢的地方。

终于调出了规定的方波。

总的来说，电路图较简单，调试过程较复杂，由于对电路及实验器材不是很了解，导致调试过程中总是出错，这次课程设计让我们学到了很多知识。

第2章不规则变速循环彩灯的制作
2.1 设计任务
利用两组不规则周期发生器4069和CD4017彩灯和相关器件制作一组能够变速并且每一次变速都是不规则的彩灯电路。

2.2 总体设计方案
（1）参考电路图如下：
图2-1 不规则循环彩灯电路图
（2）电路的工作原理：
它是由不规则周期脉冲发生器和CD4017彩灯电路组成。

CD4017是一块能产生序列脉冲的CMOS计数/分配器。

它有2个时钟端：CP端是上升沿触发计数端（EN=0。

当EN=1，则输出状态保持不变）、EN端是下降沿触发计数端（CP=1。

当CP=0，则输出状态保持不变）；
CR为其异步清0端，加高电平时，不论EN、CP为何值，只有Y0输出为高电平；在时钟信号作用下，Y0~Y9依次输出为正脉冲。

不规则周期脉冲发生器（由CD4069构成）采用两个脉冲信号发生器分别输出频率不同的两路脉冲信号，再由一个或门电路把它们合成为一个不规则周期脉冲信号；用这个不规则脉冲信号作为CD4017彩灯电
路的计数脉冲，就可以使彩灯循环变化的速度忽快忽慢，多路彩灯的每一路灯光的发光时间也变得各不相同。

通过分别调整两个脉冲信号发生器的频率，可以改变不规则周期脉冲信号的变化规律。

2.3 电路分析与设计
2.3.1 CD4069
CMOS 反相器
图2-2 为CD4069引脚图
CD4069工作是，引脚7接地，CD4069为常用的CMOS 集成门电路为六反相器。

CMOS 集成门电路完成的功能为A Z =CMOS 反相器的基本电路如图2—2所示。

N V 为驱动管，又称输入管，P V 为负载管，两管栅极连在一起作输入端，漏极连在一起作输出端。

要求DD V ＞P th GS N th GS U U )()(+，且P th GS N th GS U U )()(=。

2.3.2 CD4017引脚图
图2—3 CD4017引脚图
十进制计数／分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。

每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。

CD4017有3个控制（MR 、CP0和~CP1），MR 为清零端，当在MR 端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。

CP0和～CPl 是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下
降沿来计数，则信号由～CPl 端输入。

设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。

由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

1.工作原理
当输入V U u IL I 0==时，V U G
S N
0=＜N th G S U )(，N V 截止，
D D D D G SP V V V u -=-=0＞P th GS U )(，P V 导通，输出DD OH O V U u ≈=。

当输入DD IH I V U u ==时，DD GSN V U =＞N th G S U )(，N V 导通，
V V V u DD DD GSP 0=-=＜P th GS U )(，P V 截止，所以输出V U u O L O 0≈=。

2.3.2 发光二极管
发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs （砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP （磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN 结。

因此它具有一般P-N 结的I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。

此外，在一定条件下，它还具有发光特性。

在正向电压下，电子由N 区注入P 区，空穴由P 区注入N 区。

进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光
2.4 元器件清单仪器仪表清单
2.4.1 元器件清单
表2—1 元器件清单元器件名称个数 CD4069芯片 1 CD4017芯片 1 电阻 13 二极管 2 发光二极管 10
表2-2 仪器仪表清单仪器仪表名称个数万用电路板 1 万用表
1
电烙铁 1
焊芯 1
电工钳 1
导线若干
2.5 电路连接及调试结果
2.5.1电路连接
系统安装步骤为：
（1）根据设计要求，画出实验电路图；
（2）根据实验电路图，画出实物位置电路线路图和印制装配图；
（3）运用仿真软件对系统进行仿真；
（4）准备电烙铁，预热，摆放好材料；
（5）根据电路图进行焊接，布线，注意器件正负极连接是否正确；
（6）认真检查焊接是否正确，用万用表检测所焊部分通电情况是否正常；
（7）测试是否成功
2.5.2 实验调试结果
试验测试结果为：接入适当的电源后发现彩灯的工作情况满足实验要
求，所以调试结果成功。

2.6 改进意见与收获体会
通过这次课程设计，使我了解一些在课堂上没有学到的器件。

让我了解了cd4069和cd4017这两个电子芯片的工作原理及相关知识，还有对电路的调试，对循环彩灯的工作原理有了更深的了解。

加强了动手能力。

让我真正的学会了将理论知识应用于实践.
第3章声控延时夜灯的制作与调试
3.1设计任务
设计一个声控延时夜灯器。

具体要求如下：
（1）电路通过对声强的感应和检测处理，来控制照明灯的亮灭。

（2）电路在照明灯点亮t秒后自动关断，并且时间t可以手动调节。

（3）根据电路图设计印制电路板，并进行组装与调试，印制电路板安装工艺应符合标准要求。

3.2 总体设计方案
根据实验要求和器材实际，运用555定时器7805芯片构造声控延迟夜灯，按照电路图连接实验所需电路。

图3-1声控延时夜灯电路图
3.3 电路分析与设计
3.3.1 NE555引脚图
图3-2 NE555引脚图
本电路使用一块时基电路NE555，其高电平触发端6脚和低电平触发端2脚
时，3脚输出低相连，构成施密特触发器，当加在2脚和6脚上的电压超2/3V
CC
电平，当加在2脚和6脚上的电压低于1/3V
时，3脚输出高电平。

CC
3.3.2 电路的工作原理：
当有声波传入驻极话筒MIC时，MIC将声波转变成交变电压信号通过电容C1偶合到三极管Q1上，经过Q1、Q2两级电压放大后将交变信号送到IC1的低出触发端2脚，信号的负半周使电路翻转，TC1由稳态进入暂态，即TC1被置位，3脚输出高电平使双向可硅V1导通，从而使灯泡DP发光；与此同时接在IC1内部7脚、1脚间的三极管C、E极间呈高阻状态，直流电源通过R5向电容C2充电。

大约经过t=1.1R5*C2时间，C2两端电压（即6脚电位）上升到2/3电源电压，IC1又被复位，暂态结束电路回到稳态灯泡DP熄灭、电容C2贮存的电荷通过IC1内部三极管放电，为下次开灯作准备。

直流电源由220V交流电通过C3、D2降压、D1半波整流和C4滤波后得到的。

R7是为C3提供放电回路的，以避免维修线路板时受到电击，改变R5的阻值可改变灯亮的持续时间
3.4 元器件清单仪器仪表清单
3.4.1元器件清单
元器件名称个数
NE555芯片 1
IN4007 1
MIC 1
电容 4
电阻7
三极管 2
小灯泡 1
7805 1
3.4.2仪器仪表清单
仪器仪表名称个数
万用电路板 1
万用表 1
电烙铁 1
焊芯 1
电工钳 1
导线若干
3.5 电路连接及调试结果
3.5.1 电路连接步骤为
（1）根据设计要求，画出电路图；
（2）印制电路板的装配图并进行成形处理；
（3）用万用表检测电源端与接地之间的阻值；
（4）按照声控延时夜灯印制的装配图进行安装；
（5）焊接；
（6）认真检测焊接是否正常，万用表测所焊部分；
测试是否成功。

3.5.2 实验调试结果
当在驻极话筒处喊一声，声控延时夜灯马上亮了起来，并持续一段时间后熄灭。

重复调试几遍结果一样，所以调试结果成功。

3.6 改进意见与收获体会
利用电子计数器的原理实现延时功能。

延时电路说白了就是一个计数器，对于由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，555定时器其效率较高，但灵活性，通用性较差；而由软件构
成的定时器是用执行一段程序来实现定时的，其灵活性通用性较高，但效率较差；故现在设计定时器一般都是采用软硬相结合的方法集两者之长通过编程设定不同的延时常数，而由硬件控制定时过程，其效率和灵活性都得到了较大的提高。

在这次课程设计的过程中学到了一些除理论以外的其他的东西，例如实际操作。

更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的成功感和快乐，学会与别人合作，共同完成一件事。

学会了对电路的调试，以及対一些器件有了一些了解。

主要参考文献:
1.《模拟电子技术基础》韩学军中国电力出版社
2.《电子技术基础（模拟部分）》康花光陈大钦高等教育出版社
3.《电子技术应用实验教程》电子技术应用试验室电子科技大学出版社
4.《电子技术》董尔令科学出版社。