數(shù)電課程設(shè)計-循環(huán)彩燈控制器

1、循環(huán)彩燈設(shè)計要求及思路設(shè)計1.1 設(shè)計要求(1)共有紅、綠、黃3色彩燈各9個，要求安一定順序和時間關(guān)系運行。(2)動作要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5S的速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5S，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。(3)對各組燈的控制，要求有驅(qū)動電路。(4)對跑動電路，可以每3個一組，交叉安裝，分別點亮每一組，利用視覺暫停，達到跑動的效果。1.2 設(shè)計思路提供的元件有4017十進制計數(shù)器，555定時器。3個一組紅、黃，綠燈依次0.5s跑動循環(huán)電路9個一組紅、黃，綠燈各持續(xù)亮5s跑動圖1.1根據(jù)此框架圖設(shè)的實現(xiàn)方案該任務(wù)要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5S的速度跑動一

2、次，然后，全部紅燈亮5S，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。根據(jù)此要求電路總體上可以分為三部分：一部分電路為控制0.5s的跑動。一部分電路為控制5s的跑動。一部分電路為實現(xiàn)這兩種跑動的循環(huán)。因些可以選用一個555多諧振蕩器（周期為0.5秒，然后使用4017實現(xiàn)十分頻，使周期為5秒）用來控制跑動的速度，再選兩個4017芯片，因為4017芯片在正常工作下，連續(xù)送入時鐘脈沖時，其十個輸出端會依次輸出高電平。這樣可以用一個4017芯片點亮0.5s的跑動，用一個4017芯片來點亮5s的跑動。因為在兩個周期恰好為10倍關(guān)心，故5s周期的4017的Q0端口可以實現(xiàn)控制0.5s周期的4017的開通與關(guān)閉，選用

3、一個9014NPN改裝成非門從而來實現(xiàn)循環(huán)功能，即用9014來控制4017芯片的開通和關(guān)閉，最后加上復(fù)位電路即可實現(xiàn)實驗?zāi)康摹?.3 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算在整個電路中，其主要的組成部分有：555定時器和4017芯片組成的 3個一組0.5s依次跑動：圖1.2(由于仿真時，設(shè)置的時間跟實際理論計算的不符合，故仿真時時間可能不是0.5s)555定時器和4017芯片組成的9個一組持續(xù)亮5s的：圖1.3（由于仿真時，設(shè)置的時間跟實際理論計算的不符合，故仿真時時間可能不是5s）NPN組成的一個循環(huán)電路：（本來是要用hc4060+CD4013（D觸發(fā)器，用它做2分頻電路）+32768Hz的晶振組成秒定時，

4、產(chǎn)生秒脈沖來做循環(huán)電路的，不過由于其中的芯片沒接觸過也比較復(fù)雜，所以就沒用此方案，改為用NPN組成的循環(huán)電路。）設(shè)計過程中各個單元的詳細原理、電路圖和仿真狀態(tài)如下：第一部分電路：實現(xiàn)3個一組紅燈，后黃燈，再綠燈，分別依次跑動一次的電路，電路如下圖：圖1.4圖1.5圖1.6此電路主要用到一個555多諧振蕩器和一個4017芯片，4017芯片有十個輸出端口，而每3個一組的燈都接一個4017的輸出端口，這樣可控制任務(wù)中的9組燈。電路中的555多諧振蕩器的輸出端接4017的脈沖輸入控制，555多諧振蕩器不斷的產(chǎn)生脈沖送入4017芯片的脈沖輸入端，從而使4017芯片的輸出端（01，02，03，04，05，

5、06，07，08，09）依次為高電平，這樣就控制指燈不斷的跑動！第二部分電路：用來實現(xiàn)全部9個一組紅燈，再黃燈，后綠燈，各亮一次。電路如下圖：圖1.7圖1.8圖1.9此電路主要用到一個555多諧振蕩器和一個4017芯片，4017芯片有十個輸出端，而每9個億組的燈都接一個4017的輸出端（共接三個），這樣可控制任務(wù)中的3組燈。電路中的555多諧振蕩器的輸出端接4017的脈沖輸入控制，555多諧振蕩器不斷的產(chǎn)生脈沖送入4017芯片的脈沖輸入端，從而使4017芯片的輸出端（01，02，03）依次為高電平，這樣就控制3組指燈持續(xù)亮5s依次跑動循環(huán)！第三部分電路：用來實現(xiàn)兩種的跑動不斷循環(huán)。此部分電路主

6、要是用一個NPN改裝成的非門來實現(xiàn)交替循環(huán)工作！1.4 電路完整工作過程電路運行時第一部分的555多諧振蕩器首先工作不斷的給控制著9組燈（3個一組）的4017芯片送去脈沖，從而使4017的十個輸出端依次為輸出高電平。接到高電平的組燈就會發(fā)光。這樣就實現(xiàn)先紅燈，后黃燈，再綠燈，分別依次0.5s跑動。這時第二部分的電路開始運行。這樣就使全部紅燈，再黃燈，后綠燈，各亮一次。而當(dāng)綠燈全部亮完后，這時第二部分的4017的第一個輸出端（Q0）輸出高電平，也給NPN送去一個脈沖，使NPN導(dǎo)通，然后第一部分的4017不在清零，使第一部分的電路工作3個一組的組燈依次點亮、依次跑動。如此實現(xiàn)了3個一組先紅燈，后黃

7、燈，再綠燈0.5s依次跑動，讓后再9個一組，先紅燈，后黃燈，再綠燈持續(xù)亮5s.如此循環(huán)下去。1.5 總原理設(shè)計根據(jù)上述的原理設(shè)計出總的電路圖為：圖1.101.6 元件清單表1.1型號主要參數(shù)數(shù)量備注40175V3555定時器5V1二極管19發(fā)光二極管2.V10磁片電容103,1044,1電解電容10u2電阻68k,1k,10k5實驗步驟2.1 PROTEL原理圖設(shè)計根據(jù)PROTUES原理圖改裝設(shè)計PROTEL原理圖，根據(jù)實際設(shè)計，分別分配好。圖2.12.2 PCB設(shè)計圖2.22.3 電路板的制作與焊接先按照PCB制作電路板，然后按照電路圖進行接線，按照單元電路設(shè)計中的方法連接好每一塊電路，然后

8、把每一塊接在一起。準備對每單元電路進行調(diào)試。2.4 電路的調(diào)試焊接完成后，電路并沒有按照預(yù)期的設(shè)計進行工作，然后進行調(diào)試，在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)下幾個問題。2.4.1 NPN與PNP的分別最初發(fā)現(xiàn)第一部分電路并不工作，起15腳始終為高電平，大致判斷出是非門出現(xiàn)問題，然后更換電阻并無問題，認為三極管出問題，然后進行資料查詢，發(fā)現(xiàn)失誤之處，應(yīng)該使用9014，卻用了9013，更換后發(fā)現(xiàn)非門仍然沒有正常工作。2.4.2 基極在電路板上短路然后檢測電路方面的問題，發(fā)現(xiàn)基極通過電阻后電壓接近于0，猜測出問題，然后驗證出由于制作的失誤導(dǎo)致電路板中NPN的基極和地線短路。2.4.3 芯片管腳短路與斷路由于做完電路板后，并沒有及時涂抹松香水，倒是氧化，從而倒是部分斷路，在解決斷路過程中，不小心導(dǎo)致部分短路，使用萬用表測出，逐一解決。2.4.4 發(fā)光二極管燒壞當(dāng)解決以上問題后，觀察燈并沒有按照設(shè)計的亮，總有幾個不發(fā)光，然后取下測量，發(fā)現(xiàn)可能在調(diào)試過程中導(dǎo)致燒壞。結(jié)果分析當(dāng)制作完成后，發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管按照預(yù)期的方式發(fā)亮（雖然由于儀器誤差導(dǎo)致時間周期并沒有按照預(yù)期的理想），先是按照順序發(fā)光，然后同色的發(fā)光。其中發(fā)光順序如表1。表3.1單個燈亮?xí)r3個燈亮?xí)r