定时循环小彩灯EWB仿真报告

电子技术课程设计报告题目：带电子定时器的循环彩灯
姓名：王树新
学号： 130102215
班级：工业工程1302
成绩：
摘要
随着现代社会经济的不断发展，定时循环小彩灯的应用也越来越广泛，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。

在大型晚会的现场，彩灯更是成为活跃氛围不可缺少的一道景观。

在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。

绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用555定时器，计数器，译码器，脉冲信号发生器等组成。

本次设计的可编程彩灯控制电路就是用555组成的多谐振荡器、计数器和译码器等来实现，其特点是用小彩灯，能实现可预置连接的循环功能。

关键字：彩灯，译码器，计数器，555定时器
Abstract
With the continuous development of modern social economy, the application of small lights timing cycle is becoming more and more widely, all kinds of decorative lights, advertising lights are increasingly appeared in the city. In a large party scene, landscape lights is indispensable to become active atmosphere. In the application of lights, lights, advertising lights, set the light changes varied, but its working mode, can be divided into three main types: tube to make all kinds of tubes and a variety of colors, or with fluorescent lamp and incandescent lamp as light source, the other with large slogans, posters to achieve the effect. Most of the lights control circuit is achieved with the digital circuit, for example, with lights control to realize the scale integrated circuit of electric.
Key words: lights, decoder, counter, timer 555
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
1.引言 (4)
1.1 选题的意义及国内外概况 (4)
1.2电路设计的用途及实际应用情况 (4)
1.3电路设计旨在解决的关键问题 (4)
2.总体方案设计 (4)
2.1设计思路及框架 (4)
2.2设计方法 (5)
3.电路的工作原理 (5)
3.1电路原理图 (5)
3.2电路元器件及其工作原理 (5)
3.3电路工作原理 (9)
3.4电路参数计算 (9)
4.仿真设计结果 (10)
5.结论 (13)
6.课程设计的体会 (13)
参考文献 (15)
1.引言
1.1 选题的意义及国内外概况
555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5
K的电阻而得名。

目前，流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）。

555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范,是比较流行的一种装饰品。

它能够实现按555定时器所给定的设置进行相应的循环。

1.2电路设计的用途及实际应用情况
电路的设计主要是为了应用在能够实现循环的电路，比如循环小彩灯，循环广告灯，流水式彩灯电路等一系列电路。

由于成本低廉，结构简单等有点，所以实际中的应用也是颇多，比如商家门口的广告循环灯，以及节日活跃气氛的小彩灯都是应用到了定时器循环小彩灯的设计电路。

1.3电路设计旨在解决的关键问题
定时循环小彩灯的电路设计主要是为了解决现实生活中一些需要活动气氛的场所，由于成本低廉，结构简单等优点，来替代一些成本比较昂贵，电路复杂的电路。

2.总体方案设计
2.1设计思路及框架
由于设计电路要求具有定时循环功能多的小彩灯，所以根据电路要求从EWB 元件器库中选择所需的基本元器件，74LS138芯片、7490芯片、555发生器、小彩灯、电阻、电容、电源等元件，根据需要修改参数。

总体设计电路如图2-1所示。

2.2设计方法
使用EWB软件进行电路的连接及仿真，先从EWB的界面中选出74LS138芯片、7490芯片、555发生器、小彩灯、电阻、电容、电源等元器件摆放在软件的界面，按事先设计的思路进行电路连接，来最终实现带电子定时器的循环小彩灯正常循环的目的。

3.电路的工作原理
3.1电路原理图
图3-1 电路原理图
3.2电路元器件及其工作原理
555定时器结构特点：
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。

555 定时器的内部电路框图如图3-1所示。

图3-1 555定时器内部电路
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 /3。

555定时器工作原理：
555 定时器的工作原理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 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，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 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。

555定时器各引脚功能：
1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：低触发端TR。

3脚：输出端Vo
4脚：是直接清零端。

当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准
电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：高触发端TH。

7脚：放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5—16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3—18V。

一般用5V。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为低电平的情况下，555时基电路的功能表如表3-1所示。

表3-1 555定时器功能表
清零端高触发端TH 低触发端TR V0 放电管T（V）功能
0 X X 0 导通直接清零
1 0 1 X 保持上一状态保持上一状态
1 1 0 1 截止置1
1 0 0 1 截至置1
1 1 1 0 导通清零
555定时器应用：
（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；
（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路
振荡周期： T=0.7（R1+2R2）C[2]
（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。

555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。

74LS138芯片应用：
①当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2))和(/E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。

比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。

②利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。

③若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。

④可用在8086的译码电路中，扩展内存。

74LS138芯片引脚功能：
A0~A2：地址输入端
STA（E1）：选通端
/STB（/E2）、/STC（/E3）：选通端（低电平有效）
/Y0~/Y7：输出端（低电平有效）
VCC：电源正
GND：地
A0~A2对应Y0——Y7；A0,A1,A2以二进制形式输入，然后转换成十进制，对应相应Y的序号输出低电平，其他均为高电平；其引脚电路如图3-2所示。

图3-2 74LS1138芯片
7490芯片功能：
通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。

其具体功能详述如下：
(1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。

(2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器
(3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。

(4)若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，
则构成异步5421码十进制加法计数器。

(5)清零、置9功能。

a) 异步清零
当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即A B C D Q Q Q Q ＝0000。

b) 置9功能
当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即A B C D Q Q Q Q =1001.
3.3电路工作原理
彩灯由发光的小彩灯来代替，该电路由555定时器、7490计数器和74LS138译码器组成。

7490计数器的时钟由555振荡器提供，改变555的振荡频率，即可以改变计数器的快慢，即可以控制彩灯闪烁的快慢。

计数器的输出端作138译码器的输入信号，计数器输出不同数据，即可以控制138译码器得到8种不同的输出，控制彩灯的循环变化。

通过555定时器连接的电阻来控制定时器的频率，通过中间的7490将脉冲输入74LS138，再通过74LS138的管脚Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7将脉冲输出，输出的脉冲接到小彩灯的接线上，检查无误后进行仿真，若连接正确，小彩灯就会循环闪烁。

3.4电路参数计算
4.仿真设计结果
7个小彩灯按绿红蓝绿红蓝红的顺序摆放，将电路仿真开关点开，7个小彩灯就会从第1个按照一定的时间间隔依次闪烁。

如图4-1仿真结果及如图4-2，555仿真波形，图4-3，7490仿真波形，图4-4，74LS138仿真波形所示。

图4-1 仿真结果
图4-2 555定时器仿真波形
图4-3 7490仿真波形
图4-4 74LS138仿真波形
5.结论
电路连接完成后，将EWB的仿真开关点开，对其电路进行仿真测试，实验结果如同设计要求一样，7个小彩灯按照摆放的顺序依次循环闪烁，每两个小的闪烁时间间隔为1S钟。

循环彩灯电路的优点是电路连接比较简单，成本低廉，能够按照预先设计的顺序使每一个小彩灯依次顺序的进行闪烁，从而达到仿真的目的，形成自动循环彩灯。

循环彩灯电路的缺点是电路所实现的功能比单一，仅仅能实现彩灯定时闪烁的结果，而不能实现其他的结果，所以性价比不是特别高。

循环彩灯电路改善之处为，由于电路实现的功能相对单一，所以可以将电路再做一下相应的改进，比如再接一个音乐控制器，形成自动定时循环音乐小彩灯等等一系列功能，从而使设计的电路的应用达到最大化。

6.课程设计的体会
这次实验是要求使用EWB仿真软件完成，而且提供的芯片比较多，基本上是综合了前几次数电实验所用到的所有的芯片，这是一次综合性的实验，有助于我们从整体上把握认识这些芯片的相互关系，用他们共同实现一个复杂的功能。

我们要完成这次实验就要提前对给定的芯片的功能有一个清楚详细的认识，进而进行逻辑分析，列出真值表，然后才能进行电路的搭接和仿真，其次我感受的是这次实验的连线真的是很复杂，引脚太多，稍不注意就会连接出错，所以细心和有耐心是很重要的。

在这次实习中若想自己将电路设计完成，首先要对555定时器有较深的了解，或者在数字电子技术基础课堂上注意听讲，以至于了解555定时器怎样工作，最少也要知道，怎样运用555定时器和电容、电阻等元器件连接成多谐振荡电路。

了解74LS192N以及74LS138N的工作原理，要会运用74LS192N双时钟十进制可逆计数器改造成八进制计数器，知道74LS138N是低电平输出。

熟练掌握EWB的运用方法，能够运用这个软件自己完成电路的设计，仿真，并能够完成原理图的绘制。

通过本次实验，我加深了对以前所用到的芯片的了解，而且能够通过恰当巧
妙的组合来用他们共同搭接电路，实现一个非常常见也是很有趣味的实验。

这次时间为一个星期的课程设计试验大大培养了我的动手能力。

在实验过程中对555定时器，7490,74LS138三个集成芯片的工作原理以及实际的应用有了更深的理解，更加熟练的掌握了EWB的应用。

在21世纪的高新技术年代，要想发展就要掌握高科技技术，不仅要了解更要知道怎样也能用，并且熟练的运用到生活中，在高科技发展的现代社会电路一再的集成成小模块，学习并掌握数字电子技术对以后个人的发展有很大的帮助。

这次试验对自己在《电子技术基础》课程的学习有很大的帮助，提高了自己的学习积极性。

这次课程设计要特别感谢高有华老师和申永山老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，在此我表示深深的感谢！
参考文献
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