彩灯双向循环电子技术课程设计实验报告

安徽农业大学经济技术学院

电子技术课程设计报告书

课题名称一种多种波形发生器设计

姓名汪亦嘉

学号150103233

院、系、部机械工程系

专业机械设计制造及其自动化

指导教师李琰

2017年 6月 13 日

一、设计目的

1、对模拟电子技术的的直流电源中的整流、滤波、稳压等环节加深印象。

2、了解直流电源各部分的结构。

3、加深对于555定时器的内部结构的理解。

4、将74LS161改为十六进制以内的任一进制计数器。

5、Mulsitim 电路仿真软件应用灵活。

二、方案论证

设计一个双向彩灯控制器，控制五路彩灯。

方案一：以555定时器为基础连接成多谐振荡器产生周期在1～10Hz 矩形时钟脉冲，用以启动74LS161计数器。并用74LS161构成八进制加法计数器通过74LS138译码器输出给五个彩灯，实现双向循环。方案一原理框图如图1所示。

图1 双向彩灯控制器方案一的原理框图

方案二：与方案一的第一部分原理相同同样采用555定时器构成多谐振荡器，用来产生1～10Hz 的周期矩形时钟脉冲，启动计数器。第二部分采用四进制加法计数器和四进制减法计数器结合实现循环，第三部分同样采用74LS138译码器输出给五路彩灯，实现循环。方案二原理框图如图2所示。

图2 双向彩灯控制器方案二的原理框图

最终本设计采用的是方案一，只采用一个八进制加法计数器，循环简单方便，仅需一次循环就可实现五路彩灯双向流动。在考虑成本的条件下，节省器件。所以方案一更加合适。

三、电路设计

1.直流稳压电源电路

直流稳压电源电路包括四个部分，单项交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转化成稳定的直流电源。输入电压为220V 电压，需要通过电源变压器降压后再对交流电压进行处理。变压器副边电压通过整流电路从交流电转化为直流电压。整流后的电压含有较大的交流分量会影响电路的正常工作，因而为减小电压的脉动，需要通过低通滤波器，使输出电压平滑。滤波后的电压变为交流分量较小的直流电压。最后通过稳压电路使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性的直流电压。

其方框图原理图如图3和图4所示。

图3 直流稳压电源电路方框图

U1F

图4 电路原理图

2.多谐振荡器电路

多谐振荡电路由555定时器连接而成，555定时器是一种常用的定时器集成电路芯片。它有两个比较器C1和C2，每个比较器的一个输入端接到三个R 电阻组成的分压器上，输出分别接SR 锁存器输入端。 555集成电路的输出级为推拉式结构， 此外

芯片内部还有一个集电极开路的放电晶体管TD 。工作原理为：

①

R'D=0时，vo=0

，TD 导通。

② R'D=1

、UTH ＞2VCC/3、UTR'＞VCC/3时，vo=0，TD 饱和导通。

③ R'D=1、UTH ＜2VCC/3、UTR'＞VCC/3时，Q'、Q 不变，vo 不变，TD 状态不变。

④ R'D=1、UTH ＜2VCC/3、UTR'＜VCC/3时，Q'=0、Q=1，vo=1，TD 截止。 ⑤ R'D=1、UTH>2VCC/3、UTR'

将555定时器的vI1和vI2连在一起，然后将v0经RC 积分电路接回输入端就构成多谐振荡器。接通VCC 后，VCC 经R1、R2和R3对电容C3充电。当vc 上升到2VCC/3时，uc=0，T 导通，C 通过R2和T 放电，uc 下降。当uc 下降到VCC/3时，

uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1、R2和R3对C3充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。

两个暂稳态维持时间T1和T2分别可通过RC电路过渡过程公式来进行计算：T1=0.7(R1+R2+R3)C

T2=0.7R3C

T=T1+T2=0.7(R1+R2+2R3)

所以当频率在1~10Hz时，周期为0.1~1Hz,所以选择C=5µf R1=300K的滑动变阻器R2=R3=10K

当滑动变阻器R1在最左端时，R1=0

T=0.7×(10K+2×10k)×4.8µf=0.1008

当滑动变阻器R1调到最右端时，R1=300K

T=0.7×(300K+10K+210K)×4.8µf=1.1088

555定时器的原理图，引脚排列图和多谐振荡器原理图如图5、图6和图7所示。

图5 555定时器原理图

图6 555定时器引脚排列图

555定时器引脚功能为;

脚1 接地端 GND 脚2 触发器输入端 TR' 脚3 输出端 OUT 脚4 复位端 R'D 脚5 控制电压输入端 VCO 脚6 阈值输入端 TH 脚7 放电端 DISC 脚8 电源端 Vcc

U2

LM555CM

GND

DIS OUT

RST VCC

THR CON

TRI R1

300kΩ

Key=A

90 %

R210KΩ

R310KΩ

C34.8µF

C40.01µF

VCC

5.0V

图7 多谐振荡器电路原理图

3.八进制加法计数器电路

74LS161为十六进制异步清零计数器，当RD'=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其它输入端状态的影响。当RD'=1、LD'=0时,电路工作在同步预置数状态。通过CLK 时钟脉冲进行触发，每一次脉冲到达时，将本D 0 D 1 D 2 D 3中存储的数在Q 0 Q 1 Q 2 Q 3端输出。将其连接为八进制计数器实现从0000～0111八位循环，当每一次时钟脉冲到来时进行计数。然后通过译码器实现输出控制彩灯，使0000控制LED1,0001和0111控制LED2,0010和0110控制LED3,0011和0101控制LED4，0100控制LED5，由此实现五路双向流动。74LS161引脚排列图、状态转换图、电路原理和逻辑功能表如图8、图9图10和表一所示

图8 74LS161引脚排列图

图9 八进制加法计数器状态转换图

0000 0001 0010 0011

0100

0101

0110 0111 1001 1000