自行车指示灯.docx
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自行车指示灯
电子课程设计
——自行车指示灯
自行车指示灯
一、设计任务与要求
设计自行车的指示灯。
要求：
（1）、有左转和右转两个灯泡；
（2）、这两个灯泡不能同时发光；
（3）、发出信号后，在一定时间间隔内反复闪光。
二、总体框图
1.总体框图如下：
图1总体设计框图
设计思路：
要求①中的两个灯泡可以用发光二极管来代替。
要求②说明，即使在同时摁下两个开关时，左灯、右灯中，也仅有一个会闪。
这一要求可以通过SR锁存器电路来实现，可以利用SR锁存器的禁止功能。
这样，只要有一个开关稍微快一点，就可以通过它的输入禁止另一个开关输入。
要求③可以利用振荡器来实现，振荡器的稳定度以及频率的准确度要求要好。
2.具体设计方案（现提出两种设计方案）
对于脉冲信号发生器模块，现提出两种设计方案。
方案一如下图：
图2RC振荡电路
该方案采用逻辑门与RC组成时钟源振荡器。
方案二如下图：
图3定时器555组成的多谐振荡器
该方案采用集成定时器555与RC组成多谐振荡器。
由于方案二的电路图相对于方案一的要简单，容易实现。
555定时器属于常见器件，是一种性能较好的时钟源，555定时器构成的多谐振荡器更容易调整输出频率。
所以我选择方案二。
三、选择器件
所需要的器件如下：
器件
说明
件数
74LS00N
两输入端与非门
两片
74LSO2N
两输入端或非门
两片
LED发光二极管
六个
LM555CM
定时器（用于构成多谐振荡器）
一片
三极管
两个
电阻
100Ω、1KΩ、24KΩ、4O.2KΩ
八个、两个、一个、一个
电容
10nF
两个
単刀単掷开关
两个
表1所需器件图
各个器件的逻辑框图、逻辑符号、逻辑功能表、内部原理图及逻辑功能分别如下：
（1）74LS00N
逻辑框图：
图474LS00逻辑框图
逻辑符号：
图574LS00逻辑符号
逻辑功能表和内部原理图：
图674LS00逻辑功能图774LS00内部结构
逻辑功能描述如下：
其中A、B为输入端，Y为输出端。
当输入端A=0，B=0时，输出端Y为高电平，即Y=1;
当输入端A=0，B=1时，输出端Y为高电平，即Y=1;
当输入端A=1，B=0时，输出端Y为高电平，即Y=1;
当输入端A=1，B=1时，输出端Y为低电平，即Y=0;
即两个输入端A、B的输入电平只要有一个是低电平0，输出端Y就为高电平1；只有A、B两个输入端的电平同时为1时，输出端Y才为低电平0。
（2）LM555CM
逻辑符号：
图8555定时器逻辑符号
逻辑框图：
图9555定时器逻辑框图
555集成定时器由四个部分组成。
①.基本RS触发器：
由两个“与非”门组成;
②.比较器：
C1、C2是两个电压比较器;
③.分压器：
阻值均为5千欧的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压；
④.晶体管开卷和输出缓冲器：
晶体管VT构成开关，其状态受
端控制。
输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。
逻辑功能表如下：
输入
输出
阈值输入（vI1）
触发输入（vI2）
复位（
）
输出（
）
放电管T
×
×
0
0
导通
1
1
截止
1
0
导通
1
不变
不变
表2555定时器功能表
逻辑功能描述如下：
555定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电管T的状态。
图中RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出v0为低电平。
因此在正常工作时，应将其接高电平。
由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。
当vI1>2/3VCC，vI2>1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。
当vI1<2/3VCC，vI2<1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。
当vI1<2/3VCC，vI2>1/3VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。
综合上述分析，可得555定时器功能为：
如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0-VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。
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。
基本功能：
当
时，
，输出电压
为低电平，VT饱和导通。
当
时，
时，
时，C1输出低电平，C2输出高电平，
，Q＝0，
，
饱和导通。
当
、
、
时，C1、C2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不变，因此
、VT也保持原来状态不变。
当
、
、
时，C1输出高电平，C2输出低电平，
，Q＝1，
，VT截止。
（3）发光二极管
中空LED发光二极管，属于电子发光元件，由LED发光芯片、内透明罩、外透明罩、透明树脂、LED发光芯片引脚构成。
本发明在原有的LED发光二极管透明罩的外面再加上一层透明罩，使LED发光芯片发出的光波在两层透明罩之间经过反复折射后再对外散射，增大了发光二极管的发光角度，为原先发光角度的2-4倍。
内、外透明罩之间可为真空或充填任何气体，并可通过改变充填的气体介质成份来改变发光颜色。
实验中用的是红色的发光二极管。
四、功能模块
1.运行状态控制器模块
由或非门组成的SR锁存器：
上电初始状态：
若输入信号R=S=0时锁存器上电，由于两个或非门电路参数不同，两个或非门通过竞争，结果总有一个或非门输出为1，另外一个或非门输出为0。
正是由于两个门之间的反馈连线使两个门的输出状态保持不变。
若输入信号不变，就一直维持Q的状态保持0态。
置1：
若输入信号S=1、R=0，G2门输出Q非无论为1还是0，均有Q=1。
由于Q=1，所以称为1态，而输入信号S=1、R=0称为置位或置1信号。
置0：
若输入信号S=0、R=1,G1门输出Q无论为1还是0，均有G1门输出Q=0由于Q=0，所以称为0态，而输入信号S=0、R=1称为复位或置0信号。
不允许输入情况：
若是输入信号R=S=1，则有Q=Q非=0，虽然两个输出端有确定的低电平，但触发器不是1态，也不是0态；若此情况下使输入信号R=S=0，则输出状态不能确定。
因此应该避免使输入信号R、S同时为1，为使这种情况不会出现，特给该锁存器加一个约束条件RS=0。
或非门SR锁存器的特性表：
SR
原态
次态
00
00
0
1
0
1
保持
01
01
0
1
0
0
复位
10
10
0
1
1
1
置位
11
11
0
1
×
×
不允许输入情况
该模块的电路图如下：
其仿真结果为：
2.脉冲信号发生器模块（定时器555组成的多谐振荡器）
多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。
多谐振荡器可用作方波发生器。
由555定时器构成的多谐振荡器，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。
由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。
这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。
充电时间常数T=（R1＋R2）C。
由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。
不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。
电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。
该模块的电路图如下：
其仿真结果为：
五、总体设计电路图
1.总体电路原理图为：
2.电路的整体工作情况为：
当按下开关A时，上面的那组二极管闪，是对自行车左转时的提示；当按下开关B时，下面的那组二极管闪，是对自行车左转的提示。
然而，如果A,B同时按下，只有先按下的那个开关控制的那组二极管会闪，即这两组二极管不会同时闪。
六、实验心得
将近三周的课程设计终于快要结束了，忙碌的设计中虽然有点疲惫，但是心里还是为能学到如此多的知识感到非常高兴。
在这三周课程报告设计的过程中，不仅对自己前一阵子自己学习成果的肯定，同时也发现了自己对专业知识的某些方面掌握不足，也熟悉了实验中有关芯片的引脚、功能及其在电路设计中的相关应用。
虽然还不能轻松的完全按照要求完成所分配的课题，但是在同学和指导老师的帮助下，终于能按时完成课题。
也许不动手就不会有创新，只学理论可能收获不会很多。
理论是基础，理论学来了就是要用，当用的时候发现“书到用时方恨少”了，那就赶紧翻阅资料，这也是一种很不错的学习方法，而且很有效。
课程设计期间，可以说已经离开了课堂，但是我发现我们无时无刻不在学习。
于是，我深深的感动，这次课程设计让我学到了很多，学到了不仅仅是书本上的知识，我开始感恩生命。
也许是我自己默默的努力，也许还有同伴一块加油，无论何时，我们都有自己的一个天地。
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