视力保护仪电路的设1计

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1、电子技术课程设计报告视力保护仪电路的设计 摘 要随着科学的发展以及人们生活水平的提高，在现代社会里，各类电子产品已经成为人们生活中不可或缺的一部分。我们在响应保护视力号召的同时，却还是免不了要与各类对视力伤害较大的电子产品打交道。于是设计一款实惠又携带方便的视力保护仪是非常有必要的。该课题的实现主要通过555定时器产生一定频率的脉冲，74LS161计数器对其进行计数，然后再用两片74LS138译码器芯片组成4线16线译码装置，将二进制数译成低电平，最后通过12输入端与非门对低电平选择，使三个二极管LED按一定规律进行亮灭。实验的得到的结果是三个二极管LED按它们所有可能的组合亮灭方式进行循环亮

2、灭，不足之处在于该设计的二极管LED的亮灭顺序具有固定性，不可人为控制。该设计的思路可以运用在彩灯设计、红绿灯设计中。关键词：视力保护仪；555定时器；计数器；译码器目录1 设计任务31.1 设计目的和意义31.2 设计任务要求32 系统设计32.1 总体方案设计32.2 具体电路设计52.2.1 脉冲发生电路的设计52.2.2 计数电路的设计62.2.3 译码电路的设计92.2.4 选择电路的设计112.3 系统总体电路122.4 系统所用元器件133 系统的调试与仿真143.1 脉冲发生电路功能的调试143.2 计数器功能的调试143.3 选择电路功能的调试144 总结144.1 本系统的

3、优缺点144.2 心得体会15参考文献161 设计任务1.1 设计目的和意义随着社会的不断发展，人们生活水平的不断提高，各类电子产品纷纷走进人们的生活。电脑、电话、手机、mp3、mp5等日益成为人们生活中不可或缺的用品。而这些产品，恰恰都对人眼有较强的伤害作用。特别是近距离工作者和青少年学生，他们的眼睛更容易近视。俗话说得好：眼睛是心灵的窗户。可见保护眼睛是非常重要的。基于此情况，设计一款视力保护仪是非常有必要的。鉴于此设备实惠又携带方便，而且对人眼有较大帮助，相信在不久的将来，会被很多人接受并使用。市场从中国扩大到全球。1.2 设计任务要求该设备选用高亮度绿色发光管LED作为光源，设计电路使

4、其按一定规律发光。当人用眼疲劳时，眼睛随着发光管的亮灭不停地转动，即可达到消除视力疲劳，预防近视的目的。2 系统设计2.1 总体方案设计方案一：我最初的思路是用一个LED二极管，只用一个555定时器构成一个连接成多谐振荡电路，构成脉冲发生电路，然后再通过调整电阻和电容的参数来改变脉冲的参数。完成起来相当容易。该方案的系统结构图如图一所示。用眼疲劳打开开关电容充电输出高电平发光管LED亮电容放电发光管LED灭输出低电平图一 方案一的系统结构图后来指导老师说我的方案太简单，功能单一，而且也几乎没有用到所学的数字电子技术的知识，他建议我使用三个二极管LED。方案二：在指导老师的建议下，我又设计了方案

5、二。该方案使用三个绿色发光二极管LED作为光源。根据老师的要求，我确定了该方案的总体设计结构图如图二所示。视力保护仪逻辑电路控制电路输入电路输出电路选择电路计数器译码器图二 方案二的总体设计结构图方案二与方案一相比，二极管LED的数量增加了，所以它们的亮灭也有了较多地变化种类。方案一是基于基本要求而设计的，方案二在方案一的基础上有了较大的延伸，使设计更丰富，同时也运用了较多的数字电子技术的知识，可以将它们融会贯通，从而达到巩固并熟练运用这些知识的目的。综合考虑，我选择方案二来设计电路。2.2 具体电路设计 脉冲发生电路的设计脉冲信号由555定时器产生，将555芯片的第二脚和第六脚短接，构成多谐

6、振荡电路。此时芯片第三脚将输出频率稳定的脉冲信号，用作计数器的clk信号。555定时器的引脚图如图三所示。图三 555定时器的引脚图脉冲信号的频率可以通过调节充电电容和电阻的大小来改变。输出波形中高电平的持续时间,即电容充电时间为：T1=（R1+R2Cn2输出波形中低电平的持续时间，即电容放电时间为：T2=R2Cln2故电路的振荡周期为：T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2振荡频率为：f=1/T=1/(R1+2R2)Cln2 故要使f=1Hz,可选择R1=44K,R2=50K,C=10uf,得到的脉冲发生电路图如图四所示。图四 脉冲发生电路图 计数电路的设计由于脉冲电路已实现周期为1s的节

7、拍，故可以使用74LS161计数器将其变成16s节拍。因此该部分电路由一片74LS161计数器组成，实现脉冲频率的变换，即产生16节拍。74LS161是四位二进制可预置同步计数器，由于它采用了4个主从JK触发器作为记忆单元，所以又称为四位二进制同步计数器。它的集成芯片的管脚图如图五所示。图五 74LS161管脚图其中：由于74LS161计数器内部采用了快速进位电路，所以具有较高的计数速度，各触发器翻转是靠时钟脉冲信号的正跳变上升沿来完成的。时钟脉冲每跳变一次，计数器内各触发器就同时翻转一次，74LS161的功能表如表一所示。表一 74LS161的功能表从74LS161功能表功能表中可以知道，当

8、清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。 计数电路的状态转换图如图六所示。/0/0/0/0/0/1/0/00000000100

9、100011010011111110110111001011101010001001011101100101/0/0/0/0/0/0/0/0Q3Q2Q1Q0/C图六 计数电路的状态转换图由图六可知，每输入十六个计数脉冲，计数器工作一个循环。从而将脉冲信号转换成二进制代码，作为译码电路的输入代码。由此，计数电路完成了其工作。计数电路图如图七所示图七 计数电路图 译码电路的设计译码电路要实现的功能：利用两片3线8线译码器74LS138组成4线16线译码器，将计数电路输入的4位二进制代码Q3Q2Q1Q0译成16个独立的低电平信号。74LS138译码器的管脚图如图八所示。图八 74LS138译码器的管

10、脚将两片74LS138的三位地址线对应相连。再将第一片的低电平选通端与第二片的高电平选通端相连，作为地址线的高位，將第一片的高电平选通端接高电平，将第二片的低电平选通端接地，就构成了四线十六线译码器。译码电路图如图九所示。图九 译码电路图 选择电路的设计控制电路是通过三个12端输入的与非门对译码电路提供的低电平进行控制的。经过三个与非门选择后，三个LED灯的亮灭情况如表2所示。表2三个LED灯的亮灭情况状态变化顺序灯的亮灭情况1亮亮亮2亮灭灭3灭亮灭4灭灭亮5亮亮灭6亮灭亮7灭亮亮8亮亮亮9灭亮亮10亮亮灭11亮灭亮12灭灭亮13灭亮灭14亮灭灭15灭灭灭16亮亮亮具体的与非门接线情况，即控制

11、电路电路图如图十所示。图十 控制电路电路图2.3 系统总体电路通过将上面所述分电路图的串并联，得到系统总体电路图如图十一所示。图十一 系统总体电路图2.4 系统所用元器件本系统所用的元器件清单如表3所示。表3 本系统所用的元器件元器件名称数量555定时器1个74LS161计数器1个74LS138译码器2个12端输入与非门3个滑动变阻器1个电阻6个电容1个按钮1个导线若干 3 系统的调试与仿真3.1 脉冲发生电路功能的调试在proteus里连接电路图，运行电路图，观察555定时器的3管脚处有脉冲输出。然后用秒表测脉冲周期，发现周期并非为1s,即频率不是1Hz。经过检查各元件参数后，发现电容的值并

12、非计算值。将电容值调为10uf后，重新运行电路，经测量，确实产生了频率为1Hz的脉冲。说明脉冲发生电路达到了电路要求。3.2 计数器功能的调试电路连接完毕后，运行电路图，观察并记录计数器输出端Q3Q2Q1Q0的数值，得到如图五的状态转换过程，即完成十六进制计数的功能。说明该部分电路图达到了要求。1.2 译码电路功能的调试电路连接完毕后，运行电路图，观察译码器的十六个输出端，发现Y8和Y9既不是高电平，也不是低电平，而是两端都显示黄色。我自己找了半天原因，发现不了问题。后来我问了指导老师秦立峰，他告诉我出现这种情况是因为电平产生了冲突，既不能高，也不能低。他把接线重新连了一下，结果十六个输出端依

13、次输出低电平，达到了实验要求。3.3 选择电路功能的调试电路图连接完毕后，运行电路图，观察三个LED灯的亮灭情况并记录，结果与表一中所列LED灯的亮灭情况相吻合。说明该部分电路可以达到预期要求，完成实验目的。4 总结4.1 本系统的优缺点本系统通过选用高亮度绿色发光管LED作为光源，设计电路使三个LED规律地发光。本系统的优点是三个LED的亮灭涵盖了它们所有的组合情况。这样，三个LED就会有很多种的变换情况，从而使人眼在随着LED亮灭而睁闭的同时，还可以随着不同灯的亮灭而转动，从而使人眼达到消除视力疲劳，预防近视的目的。本系统的缺点是灯的亮灭情况不可人为控制，是固定的，比较单一。有时候想要让灯

14、按自己的意愿亮而不能实现。我觉得需要改进的地方是在控制电路部分的与非门处增加单刀多掷开关，可以按人的意愿控制三个LED的亮灭组合。这样就会具有多样性。不过成本也会相应的增加。根据译码器和与非门的功能，这在理论上是可行的。由于实习时间比较短，我没有进行调试，以后做课程设计时可以参考一下这种思维方式。4.2 心得体会 本次课程设计历时两周。在这两周里，我认真地按老师的要求较好地完成了设计内容。虽然中途也遇到过很多困难，想过放弃，但最终还是坚持了下来，较独立的完成了任务。在这两周里，付出了不少，但我觉得的得到的更多。下面我就将我在本次实习中的收获与感悟分享给大家。（1）进一步熟悉并巩固了数字电子技术

15、基础的知识。 平时在课本上学的东西都比较抽象，难理解。通过这次课程设计，我自己亲自设计电路图，使用元器件，将课本中的知识运用到了实际中，深刻理解了很多以前弄不懂的知识和原理，同时知道了一些常用元器件的功能和使用方法。比如555定时器，我以前不懂它怎么就能产生高低电平，可是通过这次课程设计，我不但明白了它产生的原因，还学会了熟练计算它的高低电平时间、周期、占空比等参数，还知道555定时器可以用作脉冲发生器。（2）明白了理论重在联系实际。以前学的很多东西我觉得都烂熟于心了，可到运用时却发现无从下手。我动手能力不是很强，所以完成设计就更困难了。在设计期间，我反复看书，在proteus里不断调试。虽然

16、最后较成功地完成了设计，但花费的时间和精力都比较多。通过这次课程设计，我明白了理论重在联系实际的道理，要将所学理论知识灵活地运用到实际中，不能生搬硬套。在以后的学习生活中，我会注意将理论与实际联系起来。（3）更深刻地懂得了团结起来力量大。平时学习做作业，大家一般都独立思考，独立完成。不会的、不懂的就自己查资料。在这次课程设计期间，有些问题是查不到的，于是同学们就相互交流，讨论设计的可行性。结果发现很多想不通的问题，一下子就解决了，而且还增进了彼此之间的知识与友谊。遇到解决不了的问题，我们就问老师，老师总是孜孜不倦、不厌其烦地给我们解答，直到我们弄懂了为止。总之，我们师生团结一致、互相帮助，是整

17、个课程设计过程过得很愉快，让我比以前更加坚信团结起来力量大的道理。在以后的学习以及生活中，我会培养自己的团结精神的。(4)做事要有毅力、有恒心。起初设计电路图时，老出现错误，有时候一整天也做不出一个模块，我内心非常着急，老想到要放弃，重新换方案。可最终我还是坚持了下来。因为在我想要放弃的时候，霍姗同学告诉我，遇到困难就应该克服，直面迎敌，不能逃避，如果我放弃了这个方案，很可能下一个也会因为同样的原因而放弃。我觉得她说的挺有道理的，就坚持了下来。后来在同学和指导老师秦立峰老师的共同帮助下，我如愿也如期完成了自己的设计，我感到非常骄傲，同时也为我当初想放弃的想法感到羞愧。我决定以后做事以帝国要有毅力，有恒心，不再半途而废。参考文献1 阎石主编. 数字电子技术基础（第五版）. 北京：高等教育出版社，2006.2 童诗白，华成英主编. 模拟电子技术基础（第四版）北京：高等教育出版社，2006.3 彭军编著. 光电器件基础与应用（第一版）. 北京：科学出版社，2009.