火箭发射模拟器电路的毕业设计.doc

1、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：图 1（1）控制电路：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，1来模拟火箭发射

2、的现象。方案二由十进制计数分配器 CD4017、四 2 输入端与非门 CD4011、双 4 位串入并出移位寄存器 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。图 2 火箭发射模拟器电路该电路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。（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 G1、G2 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 VD1V10 显示出来。（2）火箭升空瞬间显示电路。主要包括第一时钟脉冲发生电路、移位寄存器

3、IC2、显示发光管 VD11VD18 三部分。其中， G3、G4 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 LED19LED26 三部分。其中， G5、G6 等组成可控多谐振荡器，即第二时钟脉冲发生器，它用来为 IC3 提供移位脉冲。2方案的论证：上面两种方案都符合该设计的要求，其中方案一电路的设计并不能很明显的模拟火箭发射的现象，但是方案二却能直观的模拟出火箭发射的三个过程，也满足任务书上所要求的，所以选择方案二第二章 单元电路的

4、设计与分析2.1 火箭发射模拟器电路方框图图 3整个电路工作过程如下：当按下按钮 SA 后，多谐振荡器产生一个秒脉冲信号加至 CD4017 的 CL 端，计数器开始工作，其输出端 Y1Y10 依次输出高电平，该高电平状态使与其对应的发光二极管 VD1VD101 导通，依次发光。从图中可以看到二极管和输出端按反向连接，因此可模拟出倒计时状态。当倒计时结束，即 CD40l7 的输出端 Y10 输出高电平时，该高电平使 VS1 导通，第一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 VD11V18 依次发光，模拟出火箭发

5、射时的升空状态。第二时钟脉冲发生器也产生一个移位脉冲加至 IC3 的脉冲输入端，该脉冲频率为3第一脉冲频率的 2 倍。移位寄存器工作过程中，首先发光二极管 VD19VD26 依次发光，且速度快一倍，显示出加速升空状态，当 VD26 发光后，火箭上升到最高位置，VD26VD19 再依次熄灭，这样就完成了火箭发射一个周期的演示。2.2 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 4 所示为由两个与非门及 RC 元件组成的振荡器电路，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

6、.2RC。图 4 CD4011 四二输入与非门组成的多谐振荡器2.3 倒计时显示电路接通电源多谐振荡器开始工作，输出矩形脉冲波到 cd4017，倒计时的显示用 LED 灯的循环电亮（LED10-LED1）来展示。4图 5 倒计时及显示电路的分解图2.4 火箭升空瞬间和加速显示电路火箭升空瞬间和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，以便驱动发光二极管发光呈现火箭升空瞬间和火箭升空加速的现象。5图 6 火箭升空瞬间和加速显示电路的分解图2.5 CD4011CD4011

7、四 2 输入与非门 CMOS 芯片,逻辑表达式：Y = A.B图 7 Cd4011 内部原理图 图 8 内部保护网2.6 CD40156CD4015 是双串入并出四位移位寄存器。D 为串行数据输入端，CL 端每输入一个上升沿时钟时，D 端的数据从 Q1 向 Q4 传递一位。比如 D 端输入一个 4 位的串行数据 dcba，第一个时钟上升沿时，Q1=a，Q2、Q3、Q4=0；第二个时钟上升沿时，Q1=b，Q2=a、Q3、Q4=0；第三个时钟上升沿时，Q1=c，Q2=b、Q3=a、Q4=0；第四个时钟上升沿时，Q1=d，Q2=c、Q3=b、Q4=a图 9 CD4015 引脚图2.7 CD4017C

8、D4017 是十进制计数器/脉冲分配器具有 10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。7图 10 CD4017 引脚图 图 11 CD4017 内部逻辑图第三章 软件仿真及现象分析打开 multisim 仿真软件，按照元器件清单找出对应的元器件，按照电路原理图连接好每个元器件。接下来就是检查错误，观察仿真现象，测量元件参数，并记录参数和波形。用 multisim 仿真时出现了没有现象，我按照原理图又进行了检查,最后分析

9、出三种原因（1）由 CD4011 组成的多谐振荡器的输出端 10 号引脚没有接进 CD4017,计数器没有工作。（2）仿真中元器件型号不对。(3)元器件参数没有设置正确。我最后分析并且找到了原因，是有 CD4011 组成的多谢振荡器的输出端没有正确接到计数器 CD4017 的 CL 端。最后改正了电路的所有错误，我按动了仿真开关，终于模拟出火箭倒计时和升空的现象。我的仿真成功了。仿真电路参数：8图 12测量值： Vp-p=5V Vp=2V V=1.37VT=0.5S f=1/T=2Hz计算值： T=1.4RC=0.7S f=1/T=1.43Hz图 13测量值： Vp-p=4.9V Vp=2.1V V=1.1VT=0.36*200MS=72MS f=1/T=12.75Hz计算值： T=1.4RC=78.4MS f=1/T=12.8Hz输出脉冲CP2输出信号：输出脉冲 CP1CP19图 14测量值： Vp-p=5.1V Vp=2.5V V=1.2VT=2.2*200MS=44MS f=1/T=22.7Hz计算值： T=1.4RC=42MS f=1/T=23.81Hz输出脉冲CP3