跑馬燈電路圖資料包：
0.png (48.81 KB, 下載次數(shù): 59)
下載附件
2018-5-8 05:00 上傳
《數(shù)字電子技術(shù)》 課程設(shè)計報告 題 目：燈光顯示電路的設(shè)計 專 業(yè)：10級 通信工程 班 級：通信一班 姓 名:高 指導(dǎo)教師：馮* 電氣工程系 任務(wù)書 | 《 數(shù)字電子技術(shù) 》課程設(shè)計----燈光顯示電路 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | - 掌握計數(shù)、譯碼和顯示驅(qū)動電路的設(shè)計。
能根據(jù)實際不用的要求實現(xiàn)不同的輸出。 | | - 三個彩燈紅、綠、黃循環(huán)顯示。彩燈顯示的狀態(tài)如下表所示。
2. 畫出電路原理圖。 3. 進行電路的仿真和調(diào)試。 |
摘要 燈光顯示電路是人們生活中必不可少的一個部分。有光明的地方，就有人類文明。數(shù)萬年前，人類就已經(jīng)懂得使用自然之火來御寒、燒烤和照明。三千多年前，人類開始使用簡單燈具承載火燭，書寫文明史。從粗糙的石燈到青銅燈，陶瓷燈到電燈，燈具的歷史變遷打上了深刻的時代烙印，同時也是社會經(jīng)濟和文化的縮影。 最初 LED 用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的 LED 在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。以 12 英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，低光效的 140 瓦白熾燈作為光源。 燈光顯示電路在LED光方面有大量應(yīng)用如汽車信號燈。而汽車信號燈也是 LED 光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。 1987 年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于 LED 響應(yīng)速度快（納秒級），可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發(fā)生。 另外， LED 燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。 燈光顯示電路廣泛的應(yīng)用于信號燈，在我們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬匾淖饔谩?/font> 本文設(shè)計了一個燈光顯示電路，三個彩燈紅、綠、黃循環(huán)顯示，跟交通燈有異曲同工之妙，并且利用軟件對相應(yīng)的電路進行仿真，仿真結(jié)果表明電路能夠很好的顯示燈光循環(huán)。 目錄 第一章 緒論 第二章 設(shè)計原理 第三章 電路設(shè)計 3.1 集成555定時器多諧振蕩器 3.2 74LS191計數(shù)器的運用 3.3 74LS191預(yù)置零設(shè)計 3.4 驅(qū)動電路 第四章 Multisim仿真 總結(jié) 參考文獻 答辯記錄及評分表 附錄 第一章 緒論 LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，LED燈晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結(jié)。當電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。 最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。 汽車信號燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。 對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫燒結(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550nm。藍光LED基片安裝在碗形反射腔LED燈具圖片中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍光部分被熒光粉吸收，另一部分藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。現(xiàn)在，對于InGaN/YAG白色LED，通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過藍光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡單；成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運用最多。 LED特點為：①新型綠色環(huán)保光源：LED運用冷光源，眩光小，無輻射，使用中不產(chǎn)生有害物質(zhì)。LED的工作電壓低，采用直流驅(qū)動方式，超低功耗（單管0.03~0.06W），電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，在相同照明效果下比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。LED的環(huán)保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，而且廢棄物可回收，沒有污染，不含汞元素，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。②壽命長：LED為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，抗震動，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬~10萬小時，是傳統(tǒng)光源使用壽命的10倍以上。LED性能穩(wěn)定，可在-30~+50oC環(huán)境下正常工作。 ③多變換：LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256X256X256（即16777216）種顏色，形成不同光色的組合。LED組合的光色變化多端，可實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。 ④高新技術(shù)：與傳統(tǒng)光源的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功地融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)和嵌入式控制技術(shù)等。傳統(tǒng)LED燈中使用的芯片尺寸為0.25mmX0.25nm，而照明用LED的尺寸一般都要在1.0mmX1.0mm以上。LED裸片成型的工作臺式結(jié)構(gòu)、倒金字塔結(jié)構(gòu)和倒裝芯片設(shè)計能夠改善其發(fā)光效率，從而發(fā)出更多的光。LED封裝設(shè)計方面的革新包括高傳導(dǎo)率金屬塊基底、倒裝芯片設(shè)計和裸盤澆鑄式引線框等，采用這些方法都能設(shè)計出高功率、低熱阻的器件，而且這些器件的照度比傳統(tǒng)LED產(chǎn)品的照度更大。 目前一個典型的高光通量LED器件能夠產(chǎn)生幾流明到數(shù)十流明的光通量，更新的設(shè)計可以在一個器件中集成更多的LED，或者在單個組裝件中安裝多個器件，從而使輸出的流明數(shù)相當于小型白熾燈。例如，一個高功率的12芯片單色LED器件能夠輸出200lm的光能量，所消耗的功率在10~15W之間。 第二章 設(shè)計原理 LED光源的應(yīng)用非常靈活，可以做成點、線、面各種形式的輕薄短小產(chǎn)品；LED的控制極為方便，只要調(diào)整電流，就可以隨意調(diào)光；不同光色的組合變化多端，利用時序控制電路，更能達到豐富多彩的動態(tài)變化效果。LED已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種照明設(shè)備中，如電池供電的閃光燈、微型聲控燈、安全照明燈、室外道路和室內(nèi)樓梯照明燈以及建筑物與標記連續(xù)照明燈。 LED的出現(xiàn)，是LED從標識功能向照明功能跨出的實質(zhì)性一步。白光LED最接近日光，更能較好地反映照射物體的真實顏色，所以從技術(shù)角度看， LED無疑是最尖端的技術(shù)。目前， LED已開始進入一些應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)急燈、手電筒、閃光燈等產(chǎn)品相繼問世，但是由于價格十分昂貴，故而難以普及。LED普及的前提是價格下降，而價格下降必須在LED形成一定市場規(guī)模后才有可能，兩者的融合最終有賴于技術(shù)進步。 LED的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)光源的設(shè)計方法與思路，在這次的數(shù)點課程設(shè)計中，我們的題目是燈光顯示電路，這個題目跟LED燈有著很多的聯(lián)系，其中更是包含了很多數(shù)電的知識，比如芯片以及各種門電路的使用。 第三章 電路設(shè)計 電路原理圖如圖所示; 圖3.0原理圖 電路的設(shè)計一共包括了信號發(fā)生、計數(shù)器、燈光驅(qū)動等三部分。下面將一一介紹。 3.1集成555定時器多諧振蕩器 多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換。 555定時器如圖3.1所示： 
圖3.1 由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖3.2所示： 
圖3.2 如上圖所示，R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（THR腳） 和低電平觸發(fā)端（TRI腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（DIS腳）接到R1，R2的連接處。 由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓Uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出Uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使電壓Uc按指數(shù)規(guī)律上升,當Uc上升到（2/3）Vcc時，輸出Uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把Uc從（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間 的長短與電容的充電時間有關(guān)。 由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時間 的長短與電容的放電時間有關(guān)，隨著C的放電，uc下降，當uc下降到（1/3）Vcc時，輸出uo為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容C充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。所以，接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/3～2/3）Vcc 之間變化。工作波形如下： 
圖3.3 充電時間常數(shù)T充=（R1＋R2）Cln=(R1+R2)Cln2. 放電時間常數(shù)T放＝Cln2×R2 所以電路的振蕩周期為 T=T充+T放=(R1+2R2)Cln2 振蕩頻率為 f== 3.2 74LS191計數(shù)器的運用 在數(shù)字系統(tǒng)中使用得最多的時序電路要算是計數(shù)器了。計數(shù)器不僅用于對時鐘脈沖計數(shù)，還可以用于分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進行數(shù)字運算等。計數(shù)器的種類非常繁多。如果按計數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時翻轉(zhuǎn)分類，可以將計數(shù)器分為同步式和異步式兩種。在同步計數(shù)器中，當時鐘脈沖輸入時觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是同時發(fā)生的。而在異步計數(shù)器中，觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是有先有后，不是同時發(fā)生的。如果按計數(shù)過程中計數(shù)器的數(shù)字增減分類，有可以將計數(shù)器分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器（或稱為加/減法計數(shù)器）。隨著計數(shù)脈沖的不斷輸入而作遞增計數(shù)的稱為加法計數(shù)器，作遞減計數(shù)的稱為減法計數(shù)器，可增可減的稱為可逆計數(shù)器。如果按計數(shù)器中數(shù)字的編碼分類方式，還可以分成二進制計數(shù)器、二-十進制計數(shù)器、格雷碼計數(shù)器等。此外，有時也用計數(shù)器的計數(shù)容量來區(qū)分各種不同的計數(shù)器，如十進制計數(shù)器、六十進制計數(shù)器等。 本實驗用到的是同步十六進制加/減計數(shù)器74LS191，以下是它的邏輯圖。 圖3.4 引腳說明：MAX/MIN 進位輸出/錯位輸出端，CLOCK 時鐘輸入端（上升沿有效），EN G 計數(shù)控制端（低電平有效），A~D 并行數(shù)據(jù)輸入端，LOAD 異步并行置入控制端（低電平有效），QA～QD 輸出端，RC 行波時鐘輸出端（低電平有效），DOWN/UP 加/減計數(shù)方式控制端。 表3.1 同步十六進制加/減計數(shù)器74LS191功能表 下圖即利用同步十六進制加/減計數(shù)器74LS191接成同步八進制計數(shù)器。 圖3.5 采用置數(shù)法時可以從計數(shù)循環(huán)中的任何一個狀態(tài)置入適當?shù)臄?shù)值而跳躍N-M個狀態(tài)，得到M進制計數(shù)器。圖2.1中的接法是用Q3Q2Q1Q0=0111狀態(tài)譯碼產(chǎn)生LD’=0信號，下一個CLK信號到達時置入0000狀態(tài)，從而跳過1000~1111這八個狀態(tài)，得到八進制計數(shù)器。 3.3 74LS191預(yù)置零設(shè)計 74LS191是單時鐘同步十六進制加/減計數(shù)器，其功能表如下圖所示 表3.2 74LS191功能表
圖為74ls191接成8進制計數(shù)器， 圖3.6 但是,為了保證74ls191芯片的輸出時從000開始的，也就是三個LED燈的初始狀態(tài)時從全部熄滅開始的，我們將以上8進制計數(shù)器又進一步做了改進，如圖所示 圖3.7 如圖所示，在未加入脈沖信號之前，74LS191的QD端輸出的是低電平，經(jīng)過U1A非門之后信號變?yōu)楦唠娖剑@是，高電平與V2的低電平共同通過U3A與門信號又轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑笞饔糜?4LS191的置數(shù)端，將QA,QB,QC置零，如此一來，LED信號燈就從全部熄滅開始工作。 3.4 驅(qū)動電路 圖3.8 所謂動態(tài)驅(qū)動實際就是分時點亮不同位置的數(shù)碼管，由于人眼的惰性，當數(shù)碼管熄滅的時間小于1/25秒=40ms時，給人們感覺是一直被點亮。 所以每位數(shù)碼管點亮?xí)r間T=40ms/數(shù)碼管位數(shù)；即T=40/4=10ms；即f=1000/10=100Hz;數(shù)碼管每段平均電流I由其上面的技術(shù)參數(shù)可知I=20mA；每位數(shù)碼管的平均電流 =每段的電流乘數(shù)碼管的段數(shù)； =20mA乘7段=140mA；R=（5-1.5-0.1）/20=0.17k(其中1.5為74139的電壓降，R實際電路中為0.17k，亮度要高時取0.1k)。因此設(shè)計時要考慮提供更高的驅(qū)動電流，才能滿足亮度的要求。由于LED顯示器是以LED為基礎(chǔ)的，所以它的光、電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二級管的相同。但由于LED顯示器內(nèi)含多個發(fā)光二級管，所以需有如下特殊參數(shù)： 發(fā)光強度：由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動電壓時，各段正向電流不相同，所以各段發(fā)光強度不同。所有段的發(fā)光強度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強度比。比值可以在1.5~2.3間，最大不能超過2.5。 因此,R2~R7電阻值取200 。 第四章 Multisim仿真 運用multisim11仿真程序，電路原理圖如圖4.1所示 圖4.1 圖4.2脈沖信號 圖4.3初始狀態(tài) 圖4.4第一個脈沖來臨時 圖4.5第二個脈沖來臨時 圖4.6第三個脈沖信號來臨時 4.7第四個脈沖信號來臨時 圖4.8第七個脈沖信號來臨時 仿真中，我們使電平信號從最初000到最終的111，一次循環(huán)下去，即三個led燈的三個亮滅情況按二進制變換情況而變化。仿真結(jié)果分析驗證了我們組設(shè)計電路的正確性。 總結(jié) 緊張而有辛苦的課程設(shè)計結(jié)束。當我快要完成老師下達給我的任務(wù)的時候，我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺，登上了高山之顛，頓感心曠神意，眼前豁然開朗。 課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。 說實話，課程設(shè)計真的有點累．然而，當我一著手清理自己的設(shè)計成果，漫漫回味這幾天的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消．雖然這是我剛學(xué)會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟。 通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致．課程設(shè)計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂：導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當承擔的社會責任，想到世界上因為某些細小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提示自己，一定呀養(yǎng)成一種高度負責，認真對待的良好習(xí)慣．這次課程設(shè)計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練。 短短三周是課程設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識能力是如此的不足，幾年來的學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會用．想到這里，我真的心急了，老師卻對我說，這說明課程設(shè)計確實使我你有收獲了．老師的親切鼓勵了我的信心，使我更加自信。 最后，我要感謝我的老師們，是您嚴厲批評喚醒了我，是您的敬業(yè)精神感動了我，是您的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅硬的翅膀．今天我為你們而驕傲，明天你們?yōu)槲叶院馈?/font>
全部資料51hei下載地址：
數(shù)電材料.zip
(1.93 MB, 下載次數(shù): 46)
2018-5-7 17:17 上傳
點擊文件名下載附件
跑馬燈 下載積分: 黑幣 -5
| 
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
