1、徐州師范大學物理與電子工程學院課程設計報告徐 州 師 范 大 學 科 文 學 院本 科 生 課 程 設 計課 程 名 稱： 電子線路綜合課程設計 題 目： 路燈控制器的設計 專 業 班 級： 08 電信 學 生 姓 名： 學 生 學 號： 088326101 日 期： 2010-6-24 指 導 教 師： 科文學院教務部印制一、課程設計目的、任務和內容要求：在當今社會中，隨著經濟的快速發展，人們對能源的需求越來越大，而浪費也越來越嚴重，電力資源就是其中之一。現在的每條街道上都配有路燈，如何實現路燈的智能化控制來節省電力資源，路燈控制器可以很好的解決這個問題。本課程設計的任務就是設計一個路燈的控

2、制系統。鼓勵學生在熟悉基本原理的前提下，與實際應用相聯系，提出自己的方案，完善設計。具體設計任務如下： 1熟悉路燈的工作原理； 2寫出路燈控制器的設計方案；3用硬件加以實現；4寫課程設計報告。設計要求：設計一個路燈控制器電路。1.基本要求：(1)當處于暗環境下（晚上）能夠自動開燈（發光二極管亮），當處于亮環境下（白天）能夠自動關燈（發光二極管滅）；(2)能自動記錄“路燈”的開燈次數（用1位數碼管顯示）；能累計“路燈”開燈時間（用2位數碼管顯示）。2.發揮部分：用白熾燈代替發光二極管；其它。二、進度安排：課程設計時間安排在學期結束前二周進行，共計14天。第1天： 選擇課題，論證設計方案；第2至3

3、天： 原理設計，電路仿真（有條件進行這一步），原理修改；第4至5天： 安裝工藝設計，購買元器件；第6至9天： 按安裝工藝和調試工藝分步安裝、焊接、調試，電路修改，總調；第10天： 結構設計與安裝（無外殼要求的可以不做此項）；第11至13天：撰寫課程設計報告(文搞要求有紙版和電子版)；第14天： 課程設計答辯、演示、驗收。 三、主要參考文獻： 參 考 文 獻1彭介華.電子技術課程設計指導.北京：高等教育出版社.19972數字系統設計方法，大連理工大學編，大連理工大學出版社，1992年3數字電子計數基礎（第五版），閻石主編，高等教育出版社，20054邱關源、羅先覺.電路.北京：高等教育出版社.20

4、07.85康華光.電子技術基礎.模擬部分.北京：高等教育出版社.2007.11 指導教師簽字： 年 月 日1 概述1.1  課題的背景和意義61.2設計的不足與發展62 設計方案簡述72.1方案思想72.2 方案說明72.3方案原理72.3 電路原理框圖73 詳細設計83.1 光控電路83.2計數電路93.2.1單位共陰數碼管93.2.2 芯片資料103.3 計時電路1233.1一秒脈沖發生器133.4.總電路圖144 設計結果及分析164.1 設計結果1642電路的調試165 總結175.1整體評估175.2心得與體會17摘 要現在的每條街道上都配有路燈，如何實現路燈的智

5、能化控制來節省電力資源，路燈控制器可以很好的解決這個問題。路燈控制器本主要是通過光敏電阻對外界的光線的強弱的感應來控制LM358的高、低電平輸出，從而控制路燈的開或關。采用74LS160、74LS48、74LS121、LM358、NE555等芯片來完成路燈亮暗控制與所需要的數字邏輯顯示功能。當處于暗環境下（晚上）能夠自動開燈（發光二極管亮），當處于亮環境下（白天）能夠自動關燈（發光二極管滅）；能自動記錄“路燈”的開燈次數（用1位數碼管顯示）；能累計“路燈”開燈時間（用2位數碼管顯示）。關鍵詞 課程設計； 路燈等控制器； 計數電路 芯片資料； 計時電路；I 電路圖；AbstractNow eve

6、ry street are equipped with lights, how to achieve intelligent control of street lamps to save power resources, street lighting controller can solve the problem. Controller of the main street through the photosensitive resistance to external light sensor to control the intensity of the high-LM358, l

7、ow output to control lights on or off. Using 74LS160, 74LS48, 74LS121, LM358、 NE555 and other chips to complete the street light and dark control and digital logic required to display. When the environment is dark (night) to automatically turn on the lights (light emitting diode), when in bright env

8、ironments (daytime) to automatically turn off the lights (LED off); to automatically record "lights" in the number of lights (with a digital display); to total "lights" turn on the lights of time (with two digital display).Keywords Curriculum design; street lamps controller; coun

9、ting circuit chip information; time circuit; I circuit 1 概述1.1  課題的背景和意義 照明工程迅猛發展，其路燈數量的增大，而且功耗和性能大不提高，因而對路燈定時器控制的要求比較精確. 目前，路燈開關燈控制方法多為“鐘控”和“光控”。本次課題采用“光控”“光控”可以根據天氣的情況變化來控制燈光的變化。這樣不僅可以節省人力物力資源，而且可以節省電力資源，符合當今社會節能減排的要求。1.2設計的不足與發展光控”容易受外部環境干擾，靈敏度低且可靠性較差。“鐘控”不適應天氣突變與季節變化等自然情況。二者均不能實現控制開關燈的

10、合理化、科學化。從而會出現：開燈早，關燈晚；或者開燈晚，關燈早的現象。前者會造成巨大的電能浪費，后者會損害城市形象、影響社會治安和交通安全，從而影響城市的投資環境。所以應取長補短，設計出科學，合理的路燈控制器。2 設計方案簡述2.1方案思想 本設計采用74LS160、74LS48、74LS121、LM358、NE555等芯片來完成路燈亮暗控制與所需要的數字邏輯顯示功能（在七段數碼管上按規律顯示特定的數字）。本設計具有邏輯清晰、設計巧妙等特點，能很好的符合課程設計的要求。2.2 方案說明本設計主要是通過光敏電阻對外界的光線的強弱的感應來控制LM358的高、低電平輸出，從而控制路燈的開或關。為了使

11、計時與計數電路同步啟動，計數電路的控制是通過LM358的輸出端提供脈沖，使其計數；通過LM358的另一端輸出來控制計時電路的供電。計時電路脈沖的產生是用555接成一個頻率為1HZ的多諧振蕩器，用74LS48驅動共陰極的七段數碼管做顯示電路。2.3方案原理當光照減弱時，光敏電阻阻值增大，LM358的1、7端口出現低電平，此時通過低電平控制繼電器工作，連接的220V白熾燈形成通路，使其亮即路燈亮。反之，當光照增強到一定時，光敏電阻阻值減小，LM358的1、7出現高電平，繼電器不工作，白熾燈不亮。為了避免外部干擾所帶來的錯誤反應，我們將光敏電阻與發光二極管封閉在一起，當二級管亮提供光線代表白天，當二

12、極管不亮代表黑夜。經以上論證，方案可行。2.3 電路原理框圖光控電路計數電路譯碼電路數碼管計時電路圖2.1 電路的原理框圖3 詳細設計3.1 光控電路 圖3.1 LM358引腳圖及引腳功能LM358的簡介：LM358里面包括有兩個高增益、獨立的、內部頻率補償的雙運放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。LM358的特點: 內部頻率補償、低輸入偏流、低輸入失調電壓和失調電流共模輸入電壓范圍寬，包括接地差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍直流電壓增益高(約100dB) 單位增益頻帶寬(約1MH

13、z) 電源電壓范圍寬：單電源(330V)；雙電源(±1.5 一±15V)輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V)圖 3.2 光控電路的設計圖3.2計數電路該電路采用的元件主要有74LS48、74LS160、74LS121、單位共陰數碼管。 圖3.3 計數電路部分的連接圖3.2.1單位共陰數碼管數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發光二極管單元（多一個小數點顯示）；按發光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某

14、一字段發光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發光二極管的陽極為高電平時，相應字段就會被點亮。該設計中選用的是七段數碼管如圖3-2所示，為共陰極的，用CD4511譯碼驅動器進行驅動，當電路正常工作時，數碼管上會按照設計要求顯示路燈持續工作的時間與工作的次數。 圖 3.4 共陰數碼管封裝和內部電路3.2.2 芯片資料1.74LS48功能：用其來驅動七段共陰數碼管4線七段譯碼器/驅動器（BCD輸入，有上拉電阻） 輸

15、出端（YaYg）為高電平有效，可驅動燈緩沖器或共陰極 VLED。 當要求輸出 015 時，消隱輸入（BI）應為高電平或開路，對于輸出為 0 時還要求 脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或者開路。 當BI 為低電平時，不管其它輸入端狀態如何，YaYg均為低電平。 當RBI和地址端（A0A3）均為低電平，并且燈測試輸入端（LT）為高電平時， Ya Yg為低電平，脈沖消隱輸出（RBO）也變為低電平。 當BI為高電平或開路時，LT為低電平可使YaYg均為高電平。 圖3.5 74LS48芯片引腳圖A0A3 譯碼地址輸入端 BI /RBO 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效） LT燈測試輸入端（

16、低電平有效） RBI脈沖消隱輸入端（低電平有效） YaYg 段輸出2.74LS160 功能：通過脈沖使其其自動計數，并輸出輸給交給譯碼器該部分用到了計數器74LS160是十進制，用來顯示路燈工作的次數。異步清零端/MR1 為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態如何，都可以完成清零功能。 160的預置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數據輸入端P0-P3一致。當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應避免由低至高電平的跳變。 160的計數是同步的，靠CP同時加在四個觸發器上而實現的。 當CEP、CET均為高電平時，在CP

17、上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。 當計數溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。對于74LS160，在CP出現前，即使CEP、CET、/MR發生變化，電路的功能也不受影響。 圖3.6 74LS160芯片引腳圖TC            進位輸出端 CEP           計數控制端 Q0-Q3  

18、;       輸出端 CET           計數控制端 CP            時鐘輸入端（上升沿有效） /MR          異步清除輸入端（低電平有效） /PE     

19、       同步并行輸入置數端（低電平有效）圖3.7 74LS160內部電路3.74LS121 功能：消除信號的抖動，使得計數電路更加穩定的工作 它有兩種觸發方式：下降沿觸發和上升沿觸發。A1和A2是兩個下降沿有效的觸發輸入端，B是上升沿有效的觸發信號輸入端。 vO和是兩個狀態互補的輸出端。Rext/Cext、Cext是外接定時電阻和電容的連接端，外接定時電阻Rext（阻值可在1.440k之間選擇）應一端接VCC（引腳14），另一端接引腳11。外接定時電容C（一般在10pF10F之間選擇）一端接引腳10，另一端接引腳11即可。若C是

20、電解電容，則其正極引腳10，負極接引腳11。74121內部已經設置了一個2k的定時電阻，Rint（引腳9）是其引出端，使用時只需將引腳9與引腳14連接起來即可，不用時則應讓引腳9懸空。 圖 3.8 74LS121的連接圖3.3 計時電路該電路采用的元件主要有74LS48、74LS160、74LS121、單位共陰數碼管。74LS48,74LS160,74LS121的資料同上面的計數電路參數一樣，可參照上面的圖文。圖3.9 計時電路的連接圖33.1一秒脈沖發生器 NE555功能：每隔一秒給74LS160提供一個脈沖，讓74LS160計數工作。555定時器是一種多用途的單片中規模集成電路。該電路使用

21、靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施密特觸發器。因而在波形的產生與變換、測量與控制、家用電器和電子玩具等許多領域中都得到了廣泛的應用。一般雙極型定時器具有較大的驅動能力，而CMOS定時電路具有低功耗、輸入阻抗高等優點。555定時器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負載電流。雙極型定時器電源電壓范圍為516V，最大負載電流可達200mA；CMOS定時器電源電壓變化范圍為318V，最大負載電流在4mA以下。 圖 3.10 555脈沖發生器3.4.總電路圖圖3.11 總電路的連線圖4 設計結果及分析4.1 設計結果當處于暗環境下（晚上）能夠自動開燈（發光二極管亮），當處于亮環境下（白天）能夠自動關燈（發光二極管滅）；能自動記錄“路燈”