八路彩灯控制器的设计.doc

毕业设计（论文） 目 录一、摘要1Abstract1二、前言2三、八路彩灯循环控制设计的目的2四、设计要求及原理34.1设计要求包括：34.2设计原理：3五、设计方案45.1振荡电路45.1.1循环移位电路55.1.2显示电路6六、主要元件介绍76.1 555定时器76.2 CT74LS194双向移位寄存器9七、具体设计过程127.1设计采用元件127.2主要单元电路的设计127.2.1用555定时器组成多谐振荡器12八、电路总图158.3 PCB制板图 如下：17九、总结18十、参考文献19十一、致谢19一、摘要彩灯是我们日常经常使用的用品，彩灯越来越成为人们的装饰品，它不仅能美化环境，渲染气氛，还可用于娱乐场所和电子玩具中，它制作简单，过程易学，适合我们初学数字电子技术的学生进行制作。在实践中还可以提高我们的动手能力，增强我们处理问题，解决问题的能力。 在这里，我们采用555定时器、电容、电阻等组成多谐振荡电路。 计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数分频器CT74LS194，它是一种用途非常广泛的电路。 显示电路主要由发光二极管组成当CT74LS194的输出端依次输出高电平时,驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。 关键词:彩灯 ；计数器；二极管；AbstractThe lantern is our daily frequently used, colored lights becoming peoples decorations, it can not only beautify the environment, rendering atmosphere, may be used for entertainment and electronic toys, making it simple, process-to-learn, designed for us and are a good student of digital electronics. As a practical matter can also increase our studentsability, we deal with their problems, problem-solving skills. Here, we have adopted a 555 timer, capacitors, resistors, etc. MONOSTABLE circuit. The counter is used to enter the pulse CUSUM storage for the number of sequential logic parts. In this circuit using decimal count/divider CTLS194, it is a very wide range of uses. Display circuit composed mainly by the light-emitting diodes as CT74LS194 of high electrical output in turn in time of peace, in turn driving electroluminous also atomatilcaly, producing a flow changes. Key words: Lantern; counter; diode; 二、前言 随着八路彩灯应用越来越广，人们生活水平的提高和城市基础建设的加快，灯的用途早已不只是用于照明，在城市的亮化工程和各种大、小型的广告招牌中的大显身手。当前，许多户外商业广告、公义广告、节日彩灯等大多采用循环彩灯控制形式。它们通过巧妙构思与创作，可以做到广告、彩灯等作品色彩鲜艳，富有创意，变化形式丰富，起着宣传和美化环境的作用，营造文明亮丽氛围。本人利用廉价的数字集成器件，设计一种八路循环彩灯控制电路。该控制器由不规则时钟信号发生器、计数器、译码器和开关电路组成。三、八路彩灯循环控制设计的目的1、进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。2、熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。3、了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 4、作为这三年对数字电路学习情况的一次总结和自我测验。5、培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。四、设计要求及原理4.1设计要求包括：1、八路彩灯分别用8个发光二极管模拟，编号依次为0，1，7,8个数码管依次显示；数字0、1、27不断循环，相应的8路彩灯能够自动循环点亮，每个数字显示时间相等；2、需要设计时钟脉冲产生电路,循环控制彩灯，时钟脉冲产生电路由555定时电路组成多谐振荡触发器产生连续始终脉冲，彩灯循环控制电路采用74lS194实现。4.2设计原理： 本设计采用两片双向移位寄存器CT74LS194来实现彩灯电路的循环控制。当CP端不断地输入计数脉冲时，其输出端Q0Q3,Q0-Q3将会依次输出高电平，555定时电路产生连续时钟脉冲进行信号的输入，使彩灯LED1LED8就会依次循环点亮，在视觉上就能形成流动感。五、设计方案5.1振荡电路主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。电路如图下图所示： 555定时器组成多谐振荡器 5.1.1循环移位电路 a.移位寄存器结构图b.移位寄存器工作情况：双向移位寄存器74LS194具有左移、右移、保持、复位和置数等功能，通过对S1和S0的设置可实现不同功能。D0、D1、D2和D3是数据输入端主要用于置数使用，可接至VCC或GND实现不同的二进制组合；DSR和DSL分别是右移和左移的数据输入端，也可接至VCC或GND输入1或0；Q0、Q1、Q2和Q3接发光小灯泡观察其输出情况双向移位寄存器的状态如下表CPQ0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q30000000001100000002110000003111000004111100005111110006111111007011111108001111119000111111000001111110000011112000000111310000001 5.1.2显示电路 显示电路采用发光二极管显示，当状态端为高电平时，发光二极管亮，否则，发光二极管不亮（4）设计框图 六、主要元件介绍6.1 555定时器555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。只要外部配接少数几个阻容电源便可组成施密特触发器、单稳态触发器、多谢振荡器等电路。555定时器的电源电压范围宽，双极型555定时器为516V，CMOS555定时器为318V。可以提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平。555定时器还可输出一定的功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。它在脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、家用电器与电子玩具等领域都有着广泛的应用。555定时器的内部电路框图如下图所示：555 定时器外引脚排图如下图所示：555定时器的内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 1，C2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。功能表如下：555定时器的功能表输入输出v11v12RDvoV状态xx00导通2/3VCC1/3VCC10导通2/3VCC1/3VCC11截止1/3VCC1不变不变6.2 CT74LS194双向移位寄存器74LS194管脚分布图 当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA-QD）均为低电平。当工作方式控制器（SO,SI）均为高电平时，在时钟（CLOCK）上升沿作用下，并行数据（A-D）被送入相应的输出端QA-QD.此时串行数据（ Dsr,Dsl)被禁止。当S0为高电平、S1为低电平时，在CLOCK上升沿作用下进行右移操作，数据由Dsr输入当S0为低电平、S1为高电平，在CLOCK上升沿作用下进行操作，数据由Dsr送入。当S0和S1均为低电平时，CLOCK被禁止，对于74194，只有当CLOCK为高电平时，S0和S1才可以改变。由此可见，当CT74LS194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。CT74LS194的功能表为： 194移位寄存器功能表七、具体设计过程7.1设计采用元件彩灯循环控制器设计与制作(例1)元器件清单元件特征数量位置0.01uF电容1C260uF25V1C150K1/4W2R180K25V1R25101/4W1R4-R12CT74LS194DIP161U1、U3NE555DIP81U251025V1R3-R10LED5发光二极管10LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8IC管座DIP161U2IC管座DIP81U12芯电源线线径0.15红色、黑色各30CM1J1彩灯循环控制器设计与制作电路板1彩灯循环控制器设计与制作7.2主要单元电路的设计7.2.1用555定时器组成多谐振荡器a、电路结构b、工作原理接通UCC后，UCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2UCC/3时，uo=0，V导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到UCC/3时，uo又由0变为1，V截止，UCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。第一个暂稳态的脉冲宽度tp1，即uc从UCC/3充电上升到2UCC/3所需的时间： tp10.7（R1+R2）C第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2UCC/3放电下降到UCC/3所需的时间： tp20.7R2C 振荡周期T= tp1 + tp2 0.7（R1+2R2）Cc、占空比可调的多谐振荡tp10.7R1C tp20.7R2C 振荡周期T = tp1 + tp20.7（R1+R2）C占空比q = tp1/T=R1/(R1+R2)7.2.2 CT74LS194与发光二极管组成的显示电路图显示电路主要由发光二极管组成，如上图所示。当双向移位寄存器的输出高电平时,驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66 v左右，电流在5 mA左右。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。如有兴趣也可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯，这样循环起来就更加好看了。八、电路总图8.1 Muitisim电路仿真总图 如下：8.2.protel电路原理图 如下：8.3 PCB制板图 如下：注释（ 1 ）红线是PCB top layer(顶层)的默认导线颜色（ 2 ）蓝线是PCB bottom layer（底层）的默认导线颜色( 3 ) 黄色为元器件( 4 ) 白色为pcb板的过孔九、总结本次毕业设计虽然只有短短的一个月时间，但在做毕业设计的过程中我学到了很多。可以总结为以下的几点：1、对数字电路知识的巩固与提高这次毕业设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍（这也是对这门课的复习，也许对以后的工作会有所帮助），这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。2、学会了理论联系实际毕业设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成发光二极管的错乱，所以我们应尽量在设计电路时选择最佳方案。3、与同学互帮互助在设计中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间，也会从别人身上学到更多。同学之间互帮互助，这样同学之间既学到了东西又增进了友谊，一举两得。5，其他总之，这次毕业设计使我明白，要做好一件事，你不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通，更要有绝对的耐心与细心，要一丝不苟，这样你才能很好的完成它。十、参考文献数字电子技术 高等教育出版社 杨志忠编数字电路逻辑设计 高等教育出版社 王毓银编实用数字电子技术项目教程科学出版社