电子线路设计实验光控计数报警路灯.docx
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电子线路设计实验光控计数报警路灯
目录
1、中文摘要--------------------------------------------1
2、英文摘要--------------------------------------------1
3、正文
（一）提出设计要求-----------------------------------2
（二）对设计要求的分析-------------------------------2
（三）小组任务分配-----------------------------------2
（四）各部分实验设计原理
1、光电转换部分原理----------------------------2
2、计数显示部分原理----------------------------5
3、闪烁灯报警系统部分原理----------------------9
（五）设计实验整体实验图-----------------------------13
（六）实验过程---------------------------------------14
（七）实验成果展示-----------------------------------14
（八）实验中遇到的问题-------------------------------16
（九）结语-------------------------------------------16
参考文献------------------------------------------------17
附录.实验元件表-----------------------------------------18
电子线路设计实验报告
光控计数报警路灯
指导教师：
魏胜非
小组成员：
周波（组长）
张鲁、王秀梅、张贝贝、
唐欢、张凌娜、王彤玥、
许丽琪、马麒麟、白春玉
中国·长春
2015年5月
1、中文摘要
本实验要实现的功能是：
路灯能够在黑暗的环境下自动亮，在明亮的环境下自动灭。
并且路灯每亮一次自动记数一次并显示次数，累积计数十次，即路灯亮灭了10次，然后启动8路循环闪烁灯并报警。
实验分三个部分完成：
光电转换电路、计数电路、闪烁报警电路。
光电转换部分是由光敏电阻、555定时器、非门、发光二级管、定值电阻组成。
计数部分是由计数器、译码器、数码管显示器组成，运用了数字电路中的组合逻辑电路和时序逻辑电路的知识。
闪烁报警部分是由NE555时基电路产生脉冲信号，脉冲到达74LS161后开始计数，输出8421BCD码，再通过74LS138译码器进行译码，输出相应的8位信号，驱动LED灯制造出循环彩灯效果，同时用555电路设计报警装置来实现的。
关键词：
光电转换电路、计数电路、闪烁报警电路、555定时器、计数器、显示管、译码器、脉冲信号
2、英文摘要
Thisexperimentistorealizethefunction:
thestreetlampcanautomaticallylightinadarkenvironment,automaticextinguishinginbrightenvironment.Everystreetlampandabrightautomaticcountingtimeandshowsthenumberofcumulativecounttentimes,namely,thelightswentout10times,andthenstartthe8cycleflashinglightsandalarm.Theexperimentisdividedintothreeparts:
thephotoelectricconversioncircuit,countingcircuit,flashingalarmcircuit.Thephotoelectricconversionpartiscomposedofphotosensitiveresistance,555timer,gate,emittingtwotubes,fixedvalueresistor.Countingpartiscomposedofacounter,decoder,digitaltubedisplay,useofdigitalcircuitinthecombinationallogiccircuitandsequentiallogiccircuitknowledge.FlashingalarmpartproducespulsesignalfromtheNE555timebasecircuit,pulseatthe74LS161startcounting,output8421BCDcode,andthenthroughthe74LS138decoderfordecoding,8signalscorrespondingtotheoutput,driveLEDlampsproducecircularlightseffect,whileusing555circuitdesigntoachievethealarmdevice.
Keywords:
photoelectricconversioncircuit,countingcircuit,flashingalarmcircuit,555timer,counter,decoder,displaytube,pulsesignal
三、正文
（一）提出设计要求
设计要求如下：
实现路灯能够在黑暗的环境下自动亮，在明亮的环境下自动灭；并且路灯每亮一次自动记数一次，累积计数十次，即路灯亮灭了10次；然后启动8路循环闪烁灯并报警。
（二）对设计要求的分析
要实现路灯在光亮暗的影响下自动发光熄灭，需采用光敏二极管或光敏电阻进行调节实现。
要实现路灯每亮灭一次计数显示，需采用计数器、译码器、数码显示管。
要实现报警系统闪烁灯循环发光需时序信号，可由NE555时基电路产生；使用计数器和译码器实现闪烁灯在数码显示管计数10次后开始闪烁。
（三）小组任务分配
本组共10位同学，分3个小组。
每个小组负责相应部分资料、文献的查询并做相应设计，并完成该部分的实验调试。
小组负责的各部分设计达到所需实验现象和要求后，再将各部分合为整体进行实验调试，最终完成整个设计实验。
小组任务分配如下：
光电转换部分：
王秀梅、张贝贝、周波、张鲁
计数显示部分：
唐欢、张凌娜、王彤玥、许丽琪
报警系统部分：
马麒麟、白春玉
（四）各部分实验设计原理
1、光电转换部分原理
此部分主要采用555定时器、光敏电阻、非门等来实现发光二极管有光灯灭、无光灯亮的功能。
1）用555定时器组成的施密特触发器
555定时器功能表：
输入
输出
阀值输（
）
触发输（
）
复位（
）
输出（
）
放电管
0
0
导通
0
1
截止
1
0
导通
1
不变
不变
明确555定时器的功能后，可用555定时器组成施密特触发器。
将555定时器的阀值输入端和触发输入端相接，即构成施密特触发器，电路图和化简电路图分别如下：
由0开始逐渐增加，根据555定时器功能表可知：
当
，输出
为高电平；
当
，输出
维持高电平不变；
当
，输出
为低电平。
若
由大于
的电压值逐渐降低，只要
，电路输出状态不变，仍为低电平；只有当
时，电路才再次翻转，
就由低电平跳转为高电平。
2）光敏电阻
实物图与工作原理图如下：
光敏电阻简介：
光敏电阻，是一种特殊的电阻。
它的电阻和光线的强弱有直接关系。
光强度增加，则电阻减小；光强度减小，则电阻增大。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
本实验就是利用光敏电阻光电转换的作用来实现路灯亮暗。
3）发光二极管
简介：
发光二极管，它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。
本实验中，若不采用非门，发光二极管将在有光的时候亮，无光的时候灭。
实物图如下：
4）非门（74LS00）
实物图以及符号：
简介：
非门又称非电路、反相器、倒相器、逻辑否定电路，简称非门，是逻辑电路的基本单元。
非门有一个输入和一个输出端。
当其输入端为高电平（逻辑1）时输出端为低电平（逻辑0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。
也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。
。
本实验利用非门的功能，实现发光二极管有光灭，无光亮的要求。
5）光电转换电路设计图
2、计数显示部分原理
1）电路的原理框图
计数电路由1个计数器、1个译码器和1个数码管来完成，用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。
在本系统中选用了74LS160计数器、74ls48译码器和共阴极LED数码显示管。
2）计数部分
本部分要实现十进制记数，使显示的次数最大为9。
如采用十六进制计数器74LS161，需要采用置数法或置零法来获得十进制记数器，需要增加芯片，且会增加电路复杂度，故直接采用十进制计数器74LS160来实现。
异步清零端/MR1为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。
160的预置是同步的。
当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。
对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。
160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。
当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。
当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。
对于74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。
74LS160外部管脚图如图1所示：
图1.74LS160外部管脚图
160外部管脚引出端符号：
TC 进位输出端CP 时钟输入端（上升沿有效）
CEP 计数控制端/MR 异步清除输入端（低电平有效）
Q0-Q3 输出端/PE 同步并行输入置数端（低电平有效）
CET 计数控制端
3）译码、显码部分
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就会被点亮。
该设计中选用的是七段数码管如图3所示，为共阴极的，用74ls48译码驱动器进行驱动，当电路正常工作时，数码管上会按照设计要求显示路灯工作的次数。
计数器用来产生十进制计数，其输出信号加在译码器输入端，经译码后可在输出端产生所需的控制信号。
本电路中译码驱动器采用74LS48。
74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，74Ls48还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。
由74LS48真值表可获知74Ls48所具有的逻辑功能：
a、7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。
除DCBA=0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。
b、消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。
该功能主要用于多显示器的动态显示。
c、灯测试功能（LT=0）此时BI/RBO端作为输出端，端输入低电平信号时，表1最后一行，与及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。
该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。
d、动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，若此时DCBA=0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。
DCBA≠0，则对显示无影响。
该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。
74LS48引脚功能图
74LS48功能表
74LS48译码器原理
74LS48的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字，通过它解码，直接把数字转换为数码管的显示数字。
译码为编码的逆过程，它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来，实现译码的逻辑路称为译码路。
译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。
74LS48是输出高电平有效的七段数码管译码器驱动器。
译码电路设计
4）计数系统电路图
3、闪烁灯报警系统部分原理
本部分主要使用了NE555时基电路产生脉冲信号，脉冲到达74LS161后开始计数，输出8421BCD码，再通过74LS138译码器进行译码，输出相应的8位信号，驱动LED灯制造出循环彩灯效果，同时用555电路设计报警装置。
整体框架如下图所示：
1）555时基电路产生时钟脉冲
555集成时基电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。
在延时操作中，脉冲由一个电阻和一个电容控制。
用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。
NE555会在下降延触发和清零。
管脚图如下图，各管脚说明：
1接地2触发 3输出 4复位5控制电压 6门限（阈值） 7放电 8电源电压Vcc。
其功能主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。
因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号.
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为：
T=0.7（R1+2R2）C
因此，改变R1或R2的阻值就可以调节彩灯闪烁的频率。
555电路在前面部分已有使用，因此，不做详述。
2）74LS161计数器
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器,在本实验中74LS161对555输出的脉冲计数，并输入给下一级。
74LS161管脚图如下图所示：
74LS161的功能表如下表所示
功能表说明：
3）74LS138译码器
74LS138译码器当输入A0、A1、A2在000~111变化时，对应的输出Y0至Y7为低电平，驱动外接彩灯发亮。
其管脚图如下图所示
74LS138译码器的真值表如下表：
4）警报电路参考设计
5）报警系统电路图
（5）设计实验整体实验电路图
（六）实验过程
1）各小组按相应实验电路图在实验箱上连接。
2）连接好电路图后各小组进行实验调试，发现问题，讨论问题，解决问题。
3）调试成功后，各小组在面包板上将电路图重新连接，并再次调试，发现问题，解决问题。
4）将各部分电路组合为一个整体，并进行调试。
焊接电路。
最终实验成功结束。
（七）实验成果展示
以照片以及视频的形式展示。
1）各部分实物电路图以及现象展示
2）整体实物电路图以及整体现象展示
3）视频录像
（八）实验中遇到的问题
1、实验中由于电路来接不正确555电路被烧坏，所以在连接好电路是应再检查是否有误。
2、一开始做报警系统时，我们首先选择了CD4017来代替74LS161和74LS138，由于实验元件无法提供CD4017，我们又调整了方案，最后确定使用74LS161和74LS138。
3、实验开始时没检查电线好坏导致现象失败，浪费了很多时间。
之后每次连接前我们都先检查导线。
4、报警系统8路循环灯有的亮有的不亮最后可能是导线的接触不良问题。
（九）结语
在大家共同不谢的努力下，我们最终完成了实验。
经过这次试验我们学会了很多东西，设计电路最重要的是思路要清晰，有自己的思路并有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。
在完成这次设计的过程中，我们查阅资料，学习吸收别人的长处，最后设计出了自己的设计方案，有了自己的思路和观点。
经过这次试验，我们了解到了理论与实际的差别以及相互间重要的关系。
在遇到问题是能够理论与实际相结合，在最短时间内解决问题。
这不仅考察一个人的理论知识和动手能力，更能反映我们检查问题并解决问题的能力，也是在考验一个人的耐心，细心。
在连接电路的过程中，丝毫不得马虎，必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图，功能表。
同时，经过小组合作实验，促进了同学之间的友谊，提升了合作精神，学会了如何跟老师交流以及大胆向老师寻求帮助。
我们组虽然最初讨论之后开始分工，但是在电路的整体组合之后大家一起讨论遇到的问题，一起解决，节省了不少时间，收获了很多。
可见团结协作的重要性！
所以，不论是在做实验还是说做任何事情，都要有集体合作精神！
在这里向指导老师道声谢谢，您辛苦了！
同时也谢谢小组的每一位组员的努力！
参考文献：
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高等教育出版社,2005.
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高等教育出版社，2005.
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[5]《数字系统设计方法》，大连理工大学编，大连理工大学出版社，1992年.
[6]康华光.电子技术基础数字部分（第五版）[M].高等教育出版社，2005.
附录.实验元件表
实验元件
型号
个数
集成电路
74LS161
1
集成电路
74LS138
1
集成电路
74LS00
1
集成电路
555
2
电容
100μF
1
电容
0.1μF
1
电阻
1kΩ
2
LED
红
6
LED
绿
9
电容
0.01μF
1
电阻
5k1
1
非门
74LS00
1
光敏电阻
1
数码显示管
1
计数器
74ls160
1
译码器
74ls48
1
扬声器
1
升级会员 