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1、明达职业技术学院毕业设计 (论文)20102011学年度信息工程系电子信息工程技术专业班级 08电信（1）学号 43083107 课题名称 火箭发射模拟器电路的设计与制作学生姓名 温冉冉 指导教师 杨定成 2010年12月25日火箭发射模拟器电路的设计与制作作者：温冉冉【摘要】：该设计是由倒计时及显示电路、火箭升空瞬间显示电路和火箭升空后加速显示电路三部分组成。 火箭发射模拟器,能够用发光二极管模拟出延时火箭发射使其发射速度逐渐加快的情形，它集娱乐性、趣味性和启发性于一体，适合于广大电子爱好者制作。【关键词】：十进制/分配器CD4017 四2输入端与非门CD4011 移位寄存器CD4015 倒
2、计时 加速 前言进入21世纪以来，数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积重量轻的方向发展。在其推动下，电子技术更加深入地渗透到人们工作、学习和生活的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。随着电子技术的迅速发展，也出现了很多的电子爱好者，喜欢设计与制作很多很有趣的电子电路。本论文设计是模拟火箭发射、火箭发射瞬间显示及火箭发射加速显示的现象。火箭发射模拟电路就是一个非常有趣的电子电路成品，它能够模拟演示出火箭发射以及火箭发射速度逐渐加快的情形，它集娱乐性、趣味性和启发性于一体，适合于广大电子爱好者制作。并且
3、对于即将走上工作岗位的大、中专学生、青年技术工人等广大电子爱好者来说，提高了他们对电子系统设计的理论知识和实践能力，还有利于从事高端电子系统开发培养能力和素质，适应信息时代的需要，对于即将毕业的我来说，对于这次课题的设计与制作，我收获了很多，利于我今后的发展。 第一章 方案的选择与论证本设计介绍的是火箭发射模拟器，能模拟演示出火箭发射时其发射速度逐渐加快的情形，它集娱乐性、趣味性和启发性于一体，适合广大电子爱好者制作。根据任务书的设计要求有以下二个方案符合设计的要求。方案的选择：方案一1.1 方案一是由控制电路、多谐振荡器和LED显示电路组成。该设计的方框图如下：火箭发射模拟电路（一）（1）控
4、制电路：主要功能是控制电路多谐振荡器的输出使其输出的工作频率改变的脉冲信号，从而使LED显示电路呈现火箭发射升空瞬间显示和火箭升空加速显示的现象（2）多谐振荡器：经过控制电路使多谐振荡器生成矩形脉冲来驱动LED显示模拟出火箭发射的现象。（3）LED显示电路：经过多谐振荡器输出的频率的不同，使其LED显示出不同的现象， 来模拟火箭发射的现象。工作原理：接通S1后，VF和IC 1通电工作。IC2通电复位后，其YO端输出高电平，其余输出端（Yl一Y9)均为低电平，故VL1点亮，VLZ一VL10均处于熄灭状态。多谐振荡器通电振荡工作后，从IC 1的3脚输出脉冲信号，作为IC2的计数脉冲，IC2开始计数
5、后，其YO一Y9输出端依次轮流输出高电平，使VL1一VL10依次轮流发光。随着电容器Cl的不断充电，VF栅极电压不断升高，其导通程度不断加深，IC 1的7脚的放电电阻由于VF的逐渐导通而减小，使多谐振荡器的工作频率不断加快，从而使VL1一VL10轮流发光的速度也随之加快，从而产生一种类似火箭发射的情形。控制电路、多谐振荡器和LED显示电路组成。当C1充满电后，VF的导通状态趋于稳定，VL1一VL10轮流发光的时间间隔大致相等时，即表示火箭发射成功。若想进行新一轮的火箭发射，则应按下S2，此时S2的常闭触头断开，常开触头接通，CI通过S2的常开触头和R2迅速放电，然后松开S2，使其复位（常闭触头
6、接通，常开触头断开），即可进行下一轮火箭发射。方案二1.2 方框图： 火箭发射模拟器电路（二）电路的组成与功能：由十进制计数/分配器CD4017、四2输入端与非门CD4011、双4位串入一并出移位寄存器CD4015以及发光二极管等组成的火箭发射模拟电路，该电路能模拟出火箭发射的全过程。该电路由倒计时显示电路、火箭升空瞬间显示电路和火箭升空后加速显示电路三部分组成。 （1） 倒计时及显示电路。主要包括秒信号发生器、显示驱动电路、发光管显示电路三部分。其中，CD4011的D1,D2构成多谐振荡器、显示驱动电路主要由CD4017组成，倒计时结果由发光二极管VD1VD10显示出来。（2） 火箭升空瞬间
7、显示电路。主要包括第一时钟脉冲发生电路，移位寄存器IC2、显示发光二极管VD11VD17三部分。其中，D3D4等组成可控多谐振荡器，即第一时钟脉冲发生器，它用来为IC2提供移位脉冲。两个移位寄存器接成16位移位寄存器。（3） 火箭升空加速显示电路。主要包括第二时钟脉冲发生电路、移位寄存器IC3、显示发光管VD18VD25三部分。其中，D5,D6等组成可控多谐振荡器即第二时钟脉冲发生器，他用来为IC3提供移位脉冲。方案的论证：这两种方案都符合该设计的要求，但是方案一电路的设计并不能很明显的显示出该设计的现象，它不像方案二显示分明，很明显的显示出任务书上所要求的现象;方案一里面的元器件VN401型
8、的场效应晶体管在实验室里面没有，并且也没有方案二电路简单，易懂。同时根据本次毕业设计的精神“电路最简单，调试最方便，元器件来源有保障，安全可靠，成本最低”，同时也为了贯彻毕业设计的“创新，挑战自己”的宗旨。综合以上，选用方案二。第二章 单元电路的设计与分析工作原理： 当按下按钮SA后，多谐振荡器产生一个秒脉冲信号加至CD4017和CP端计数器开始工作，其输出端Q0Q9一次输出高电平，该高电平状态是与其对应的发光二极管VD10VD1导通，依次发光。从总电路图中可以看到二极管和输出端接反向连接，因此可模拟出倒计时状态。当倒计时结束，即CD4017的输出端Q9输出高电平时，该电平使SCR1导通，第一
9、时钟脉冲发生器产生一个移位脉冲加至IC2的CKA端，由两个移位寄存器组成的16位移位寄存器开始工作，其输出端状态使VD11VD18依次发光，模拟出火箭发射是的升空状态。第二时钟脉冲发生器产生一个移位脉冲加至IC3的脉冲输入端，该脉冲频率为第一时钟脉冲频率的2倍。移位寄存器工作过程中，首先发光二极管VD19VD25依次发光，且速度快一倍，显示出加速升空状态，当VD25发光后，火箭上升到最高位置，VD11VD25再依次熄灭，这样就完成了火箭发射一个周期的演示。 2.1 方框图 2.1.1 起振电路：它是采用与非门集成电路组成的多谐振荡器来启动触发电路。 图(a)所示为由两个与非门及RC元件组成的振
10、荡器电路，通过RC电路的充放电使电路产生多谐振荡。电路中的与非门被接反相器的形式，其输出为矩形脉冲波，振荡频率可通过选择RC值来确定，即f=1/2.2RC。 （a）CD4011四二输入与非门组成的多谐振荡器 2.1.2倒计时及显示电路。倒计时显示电路主要由CD4017构成，倒计时的现象由发光二极管显示出来，如图（b）所示 是倒计时及显示电路的分解图： 图(b)2.1.3火箭升空瞬间显示电路/火箭升空加速显示电路。 火箭升空瞬间/加速显示电路是由双4位串入并出移位寄存器CD4015接成16位移位寄存器，第一时钟脉冲发生器、第二时钟脉冲发生器分别为CD4015显示电路提供移位脉冲，以便驱动发光二极
11、管发光呈现火箭升空瞬间、火箭升空加速的现象，火箭升空瞬间/加速显示电路的分解图如图（c）所示 图（c） 2.2 CD4017(十进制计数/分频器)CD4017的原理及应用电路 数字电路CD4017是十进制计数分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。 CD4017有10个输出端（Q0Q9）和1个进位输出端Q5-9。每输入10个计数脉冲，Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加
12、高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1Q9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。 由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。CD4017有两个时钟端 CP 和 EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从 CP 端输入；若用下降沿计数，则信号从 EN 端输入。设置两个时钟端是为了级联方便。CD4017 与 CD4022 是一对姊妹产品，主要区别是 CD4022 是八进制的，所以
13、译码输出仅有 Y0Y7，每输入 8 个脉冲周期，就可得到一个进位输出，它们的管脚相同，不过 CD4022 的 6、9 脚是空脚。 CD4017引脚及内部逻辑电原理图如下所示: CD4017内部逻辑电原理图 CD4017的引脚图2.3 CD4011 （四二与非门COMS芯片） CD4011 是应用于广泛的数字集成电路之一，它内含4个独立的2输入与非门。多应用构成多谢振荡器，以提供电路的启振。CD4011引脚图及如下： CD4011引脚图 2.4 CD4015（串入-并出移位寄存器）下图是CD4015的引脚图和逻辑图。CD4015是由两组独立的4位串入并出移位寄存器组成。每组寄存器都有一个CP输入
14、端、一个清零端Cr和一个串行数据输入端DS。每位寄存单元都有输出端引出，因而即可作串行输出，又可实现并行输出。加在DS端上的数据在时钟脉冲上升沿的作用下向右移位。当在Cr端加高电平时，寄存器的输出被全部清零。内部逻辑图CD4015的引脚图第三章 安装调试及结果分析在安装前要做好检查工作，确保元器件质量可靠。按照原理图组装电路,使元件安装的位置、极性正确、布局合理；整机清洁无污物，导线不杂乱。在对该电路进行装配以后，剩下的工作就是对该电路进行调试，它包括对各项参数的测试，故障的检测，性能的优化、提高，以及对具体操作过程中的问题进行分析与解决。本设计电路的全部完成装配后，接上5V电源，打开拨动开关，电路显示的现象并不符合任务书上的要求，问题出在倒计时电路部分，显示并没有规律，不符合设计的要求，在检查电路连接无用的情况下，将疑点放在集成块上，用万用表检查由CD4011组成的多谐振荡器的输出端10号引脚，经检查该输出端有脉冲信号输出。由此推断极可能发生以下情况：（1）集成电路损坏故障。（2）发光二极管有问题
