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1、摘要 电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，已成为现代电气 工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养本专业人才中占有重要地位。本产品是基于电力电子相关元件设计的，以74LS160（十进制加法计数器），74LS138(3-8译码器)和555定时器为中心，实现利用单稳态触发器产生单脉冲，再利用74LS160十进制计数器系统将触发脉冲进行计数，产生不同的二进制代码，作为74LS138译码器的输入代码，当输入脉冲的个数不同时产生的二进制代码也不相同，从而达到控制LED灯移动的目的。产生的二进制代码后加到赛跑灯上，产生赛跑灯移动的效果。关键词：电力电子；7
2、4LS160；74LS138；555定时器目 录1 引言11.1 电力电子概况11.2 设计任务11.3设计目的12 总体方案设计论证与设计23 系统设计33.1 原理框图33.2 选择器件与电路参数33.3 功能模块设计103.4系统设计电路图134 电路调试155 总语17参考文献181 引言1.1电力电子概况电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体的说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称为电力半导体器件。电力电子技术所变换的
3、“电力”，功率可以大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。 电力电子涉及由半导体开关启动装置进行电源的控制与转换领域。半导体整流控制、半导体硅整的小型化等的出现，产生一个新的电力电子应用领域。半导体硅整流、汞弧整流器应用于控制电源，但是这样的整流回路只是工业电子的一部分，对于汞弧整流器应用范围而言是有局限的。半导体硅整流的应用涉及很多领域，如汽车、电站、航空电子、高频变频器等。1.2设计任务甲乙双方各持一个按键，控制己方赛跑灯，按一次按键，亮点向后移动一次，尾灯先亮的一方获胜，此时双方按键无效。按下复位键后双方的赛跑灯都
4、回到起点位置，比赛可以重新开始。(1)利用555定时器设计单稳态触发电路，提供单脉冲。(2)由计数器和译码器一同实现电路控制。(3)电路中有锁定和复位功能。1.3设计目的学生通过进行查阅资料、方案设计、单元和系统电路设计、绘图等工作，独立完成该数字电路系统的设计，提高其独立分析、独立解决问题、独立动手的设计能力，提高学生在数 字电路应用方面的实践技能，培养创造性思维及综合运用理论知识解决实际问题的能力的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。2 总体方案论证与设计依据应用场合需要实现的功能，具体指标要求会有所不同。依据不同的设计要求选取不同的设计方案。对于方案，具体的指标要求也会有所差
5、异。根据设计要求和任务，设计方案可以从以下几个方面考虑。其中利用单稳态触发器产生单脉冲，再利用74LS160十进制计数器系统将触发脉冲进行计数，产生不同的二进制代码，作为74LS138译码器的输入代码，当输入脉冲的个数不同时产生的二进制代码也不相同，从而达到控制LED灯移动的目的。产生的二进制代码后加到赛跑灯上，产生赛跑灯移动的效果。设计一台电力电子变流装置，必需满足用户要求，首先要考虑技术性能指标；第二是经济指标；第三是先进性、合理性和可行性。因此，为使一个控制系统设计确保技术指标先进、合理，经济指标良好，又为今后的发展和进一步技术改造留有余地，就必须对设备的使用条件、被控制设备的工艺要求进
6、行调研，搜集与设计有关的图样和技术资料，选择参考样机，了解国内外同类产品的技术水平和发展趋势，然后对系统设计的总体方案进行必要的比较和论证，使之变成一个可以付诸实施的技术方案。3 系统设计3.1 原理框图 单稳态触发器按键A计数器系统赛跑灯A译码器系统复位键单稳态触发器按键B赛跑灯B反馈锁定反馈锁定 图3-1 总体框图3.2 选择器件与电路参数 本次课程设计所用器件如表3.1： 表3-1器件表型号名称数目555脉冲信号发生器274LS160十进制加法计数器274LS04非门1174LS1383线8线译码器274LS86异或门1LEDBLUE发光二极管10BUTTON按钮3POTHG滑动变阻器4
7、 3.2.1 555定时器应用国产双极型定时器CB555电路结构图。它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。VH是比较器C1的输入端，v12是比较器C2的输入端。C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经三个五千欧电阻分压给出。在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定电压，则VR1=VCO,VR2=1/2VCO.RD是置零输入端。只要在RD端加上低电平，输出端v0便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。图中的数码18为器件引脚的编号。图3-2 555定时器逻辑符号5
8、55定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。 图3-3 555定时器内部结构图(1)电路组成555集成定时器由五个部分组成。基本RS触发器：由两个“与非”门组成比较器：C1、C2是两个电压比较器分压器：阻值均为5千欧的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。晶体管开卷和输出缓冲器：晶体管VT构成开关，其状态受端控制。输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。(2) 基本功能当时，输出电压为低电平，VT饱和导通。当时，时，时，C1输出低电平，C2输出高电平，Q0，饱和导通。当、
9、时，C1、C2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不变，因此、VT也保持原来状态不变。当、时，C1输出高电平，C2输出低电平，Q1，VT截止。表3-2 555定时器逻辑功能表输 入输 出阈值输入(vI1)触发输入(vI2)复位()输出()放电管T00导通 11截止10导通1不变不变 3.2.2 74LS160的应用它是同步十进制加法记数器，当LOAD端输入底电平时处于预置数状态，D0、D1、D2、D3的数据将会在CP上升沿到达时被置入Q0、Q1、Q2、Q3中，它的预置数是同步的。右图是74LS160的引脚分配图，图中LD为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，RC为异步置
10、零端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。 图3-4 74LS160的逻辑符号 图3-5 逻辑框图 图3-6 74LS160的内部结构图 图3.6为74LS160的内部原理图。当RC=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当RC=1、LD=0时，电路工作在预置数状态。这时门G16-G19的输出始终是1，所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。当RC=LD=1而EP=0、ET=1时，由于这时门G16-G19的输出均为0，亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态，所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变。同时C的状态也得到保持。如果E
11、T=0、则EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出C等于0。当RC=LD=EP=ET=1时，电路工作在计数状态。从电路的0000状态开始连续输入16个计数脉冲时，电路将从1111的状态返回0000的状态，C端从高电平跳变至低电平。利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。 表 3-3 四位同步二进制计数器74LS160的功能表CPEP ET工作状态X0XX X置零10X X预置数X110 1保持X11X 0保持（但 C0 ）111 1计数由其功能表可得，当置数端为0时，输出全为0。预置数端为0，当脉冲到达时，计数器置数；当置数和预置数端都为1，且EP=ET=1时，计数器进行
12、加法计数；当EP=0，EP=1时，输出不变，且RCO=0；当ET=1时，各输出及RCO都保持不变。3.2.3 三极管非门 仔细观察一下图中给出的三极管开关电路即 可发现，当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反向关系，它实际上就是一个非门。（亦称反向器）。 当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电平接近于零。为此，电路参数的配合必须合适，保证提供给三极的基极电流大于深度饱和的基极电流。 设计电路所用的芯片是74LS04，如下图所示： 图 3-7 74LS04的内部结构图功能表如下图：表3-4非门功能表 3.2.4 74
13、LS138的应用 图3.8为3线-8线译码器74LS138的逻辑符号图， 其有3个附加的控制端G1、G2A和G2B。当G1=1、G2A+G2B=0时，其附加门GS才输出高电平（S=1），译码器处于工作状态。否则译码被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片连接起来以扩展译码器的功能。 图3-8 74LS138的逻辑符号图 74LS138的内部原理图如下： 图3-9 74LS138的内部结构图表3-5 3线8线译码器 74LS138的功能表输入输出S1S2+S3A0A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70X11111111 X 1 0 00 0 0 0 0 0XX00001111XX00110011XX01010101110111111111101
