[毕业设计]基于计数器和译码器的双色三循环方式彩灯控制器设计

1、信息工程系毕业实习与设计学 号： 设计题目： 彩 灯 控 制 器 姓 名： 专 业： 自 动 控 制 指导老师： 信息工程系制目 录彩灯控制器（摘要）1第一章 课题构思3第二章 方案设计与单元设计4第三章 原理说明12第四章 仿真分析及结果15第五章 调式过程17总结语18致谢19参考文献 20摘 要摘要 循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门，而且有专门的可编程彩灯集成电路。绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。本次设计的双色循环彩灯控制器就是用计数器和译码器来实现，其特点用双色发光二极管，能发

2、红色和绿色两色光。关键词：计数器，译码器，集成，双色二极管abstractcirculate the electric circuit of the colourful light a lot of, circulate the way is more multifarious, and has specialized programmable colourful light integrated circuit.the colourful light control electric circuits of the great majority all carry out with the

3、numerical electric circuit of, for example, the colourful light control electric circuit that uses a medium scale integrated circuit realization mainly uses to count a machine, translating the code machine, assigning a machine and moving to deposit a machine etc. integration.the double color ofwith

4、this designs circulating colourful light controller is to use to count a machine and translate the code machine to carry out, its characteristics gives out light diode with a pair of colors, can flush the color and green and dichromatic light.keywords：count a machine, translating the code machine,in

5、tegration，light diode with a pair of colors第一章 课题构思1、用中小规模集成电路设计一台彩灯控制器。用计数器和译码器设制作一个双色三循环方式彩灯控制器。2、控制器有8路输出，每路用双色发光二极管指示。3、控制器有3重循环方式：方式a：单绿左移-单绿右移-单红左移-单红右移；方式b：单绿左移-全熄延时伴声音；方式c：单红右依-四灯红闪，四灯绿闪延时。4、由单刀掷开关控制3种方式，每种方式用单色发光二极管指示。5、.两灯点亮时间约在0.20.6s间可调，延时时间约在16s间可调。第二章 方案设计与单元设计近年来，由于中，大规模集成电路的迅速发展，使得数字

6、逻辑电路的设计发生了根本性的变化。在设计中更多的使用中。大规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。因此，双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下：1.据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以方便检修。2.个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件构成单元电路。3.各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作需求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常，协调工作。2.1基本原理设计任务中所要求的3种循环方式并不复杂，用中小规模集成电路就能实现。本控制应由方

7、式选择，振荡器，控制电路，延时电路，蜂鸣器等组成，其框图如图1所示： 方式选择振荡器控制电路计数器译码器led显示延时电路蜂鸣器 图1 双色三循环方式彩灯控制器框图2.2计数器和译码器本控制器的核心器件为计数器和译码器，分别采用cmos中规模集成电路cc4516和cc4514。cc4516为16脚双列直插的中规模集成可预置数的4位二制加/减计数器（单时钟），其引脚如图2所示。cc4516有5中功能：置数，清零，不计数，加计数，减计数，具体功能如表1所示。cc4514是4为锁存/4线16线译码器，其输出为高电平有效。cc4514具有数据锁存，译码和禁止输出3种功能。数据锁存功能由el端施加电平实

8、现，el=0时，o0 o15保持el置“0”前的电平；禁止端）e为高电平时，o0o15全为低电平；因此，cc4514作为译码器使用时，el应接高电平，e应接低电平，cc4514的外引脚如图2所示。 图8 cc4516引脚图 图2 cc4514引脚图 cpceup/dnplmr功能10置数，既把数p3p2p1p0送o3o2o1o0中1清零，即o3o2o1o0全为零100不计数，即o3o2o1o0保持不变0100加数器0000减数器表1 cc4516功能表2.3led显示电路led显示电路如图3所示。o15 o14 o13 o12 o11 o10 o9 o8 o0 o1 o2 o3 o4 o5 o

9、6 o7 图3 led显示电路o0）o15为译码器的输出。4514共有16个输出，而双色发光二极管只有8个，因此每两个输出接同一个发光二极管，接法如图3所示。发光二极管为双色三极发光二极管，其限流电阻有3种连接方法（16个限流电阻，8个限流电阻，1个限流电阻），本控制器采用8个限流电阻的方法。发光二极管的极限电流一般为2030ma，发光二极管的压降约为2v，通过发光二极管的电流可取为1015ma，以保证发光二极管有足够的亮度，而且这样又不易损坏发光二极管。2.4振荡器振荡器有多种振荡器电路，图4所示的振荡器比较简单常用，其中（a）图为cmos非门构成的振荡器，（b）图为555构成的振荡器。cm

10、os非门构成的振荡器的振荡周期t=1.4rc，555构成的振荡器的振荡周期t=0.7（r1+2r2）c。 图4振荡器2.5触发器循环方式a的设计思路如下： pl=1 up/ dn=1 up/ dn=0 up/ dn=1起始计数（置“1000” ） 加数器 o15时计数器 o0时计数器本循环彩灯控制器方式a的设计难点就是控制电路（循环功能能否实现在于控制电路是否起作用）。要实现循环功能，计数器既要加法计数，也要减法计数，即加法计数到o15时变为减法计数，减法计数到o0再变为加法计数，这可用触发器控制计数器的up/dn端来实现。 图5所示为由d触发器构成的二分频电路，o15和o0作为时钟信号，一个

11、时钟触发器的状态翻转一次。图6（b）是利用d触发器的直接置“1”端和直接置“0”端来实现触发器的状态转换。图5（c）和（d）是由门电路组成的基本rs触发器，图5（c）rs 输入为高电平有效，因此o15和o0可直接作为s与r的输入。图5（d）输入为低电平有效，o15，o0反向后作为触发器输入。除以上几种电路外，也可以直接用rs触发器或jk触发器来实现。经实践，图5所示的几种电路都能达到控制的作用。 (a) （b） （c） （d）图5 触发器控制电路2.6延时电路循环方式b的设计思路如下：待添加的隐藏文字内容3 pl=1 up/ dn=1 e=1置1000 加计数器 o15时延时延时电路可采用单稳

12、态电路，o15的下降沿作为单稳态电路的触发信号。根据功能要求。可采用微分型单稳态电路，555构成的单稳态电路及分立元器件构成的单稳态电路，而下降沿触发的与非构成的微分型单稳态电路和555构成的单稳态电路较为理想。图6为与非构成的微分型单稳态电路，其中cd，rd为微分电路，当ui为窄脉冲触发时，cd和rd可省略。o15的下降沿作为单稳态电路的触发信号，因此o15要经微分和限幅后再触发单稳态电路。延时时间有rc决定。555构成的单稳态电路如图7所示，c1r1和vd起微分限幅作用。因此本电路要求低电平触发，没有触发的时候555的第2脚要为低电平，所以要接r2，对于r1和r2的阻值比要求比较严格，要保

13、证没有触发的时候第2脚电压大于1/3vdd,触发的时候电压小于1/3vdd。延时时间由rp和c2决定。图6 与非构成的微分型单稳态电路 图7 555构成的单稳态电路在循环方式c中，要实现单红右移，计数器应从“0000”开始递增，因此应先清零再加法计数。根据计数器和译码器本身无法使输出实现四灯红闪，四灯绿闪，因此，可通过延时电路给8个双色发光二极管加上振荡信号来解决。方式c的循环过程可表示为: mr=1 up/ dn=1 e=1消零 加计数器 o7时延时在设计时要注意，要求是在同一个电路中通过方式选择来实现3种循环功能，而不是设计3个电路。3种循环方式要互相隔离，如按方式a工作时则不能有方式b现

14、象出现，因此可采用双向模拟开关cc4066进行隔离。第三章 原理说明工作原理图3.1工作原理3.1.1选择方式a，指示led10灯亮，vd19导通，开关刚接通瞬间c4短路，ic2的pl1，ic2计数器置数“1000”，电源接通瞬间，c2短路，触发器直接置零r1，即ic2的up/dn=1,j计数器从“1000”开始计数，c2充电结束后，触发器r0，不起作用。当计数器到”1111”,o151，vd2导通，同时ic4a倒通，触发器翻转，up/dn0，计数器递减计数。3.1.2选择方式b，指示灯led6亮，vd20导通，开光刚接通瞬间，c4短路，pl1，ic2计数器置数“1000”，电源接通顺间，c2

15、短路，触发器r1，触发器直接置零，up/dn1，计数器从”1000”开始计数，ic4a断开，d触发器输出不变， up/dn一直为一，计数器始终递增计数。当计数到“1111”时，o151，ic8b导通，当o15从高电平变为低电平时，触发单稳态电路，ic6输出变为高电平，e=1,灯全部熄灭，ic7导通，ct1导通，蜂鸣器响。延迟时ic4c导通，pl1，计数器始终在置数“1000”，延迟结束时，e0，计数又从“1000”开始计数。3.1.3选择方式c，指示灯led10亮，开关刚接通瞬间，c3短路，mr1，ic2计数器清零，电源接通瞬间，c2短路，触发器r1，触发器直接置零，up/dn1，计数器从“0

16、000”开始计数，当计数器到“0111”时，o71，因ic8a导通，当o7从高电平变到低电平时，触发单稳态电路，ic6输出为高电平，e1，ic3的o0o15输出全为低电平，ic4导通，延迟时计数器清零，ic7与非门输出脉冲信号，vt2发射级输出脉冲信号送到双色发光二级管，使8盏灯四灯红闪四灯绿闪。延迟结束，计数器又从“0000”开始计数第四章 仿真分析及结果对于本控制器的三种循环方式，只选择a进行仿真。4.1控制器(方式a)的仿真从元器件库中调出各种电阻、电容、集成块. 发光二级管等元器件,元器件调出后，对元器件的位置进行调整，使布局比较合理。将电位器的操作键由空格键改为a键，按a键或a键可改

17、变电位器的阻值。x2为电平指示灯，高电平示指示灯亮，低电平示指示灯不亮。灯泡x1采用虚拟灯泡，双击灯泡使其工作电压设置为220v。继电器k1采用常开触点的继电器，注意继电器的脚号连接要正确。双击交流电源u2，将交流电的工作电压设置为220v，工作频率设置为50hz。xsc1为示波器图标。由于cmos集成电路的输入端不允许悬空，因此应工具逻辑要求将不用的输入端接高电平或低电平，如4013的cp1，d1不用，应接地，4516的mr，ce接地，4514的数据锁存端el接电源，禁止端e接地。4.2仿真结果检查电路图无误后，可接通电源以模拟循环过程。由于电源接通瞬间，电容c2，c3相当与短路，使d触发器

18、直接置零端由效，cc4516的置数端pl有效，cc4516置数“1000”,使发光二级管从led8开始电亮并往上移。但ewb不能模拟电源接通瞬间电容相当于短路这一过程，因此，电源接通后，发光二级管不一定从led8开始点亮，计数器可能递增计数也有可能递减计数，但这种现象只会影响第一个周期，对循环过程没有没有影响。只要绿led15亮，就会使d触发器置1，从而使计数器递降计数，发光二极管灯亮顺序为，15led14led8led1led0的规律变化，此时指示灯x2不亮。只要红色灯led0亮，就会示d触发器置零，从而计数器递增计数，发光二级管灯亮按led0led1. led7led8led14led15

19、规律变化，此时指示灯x2点亮。当led15亮示，三极管vt导通，继电器k1吸合，灯x1亮。说明8只双色发光二级管可以用16只彩灯代替。按a键或a键，可以改变电位器的百分值，观察灯移动的速度。百分比值增大时，灯移动的速度应加快。取不同的百分值，用示波器测量振荡器的周期，将结果填入表3中。示波器的扫描时间的设置以示波器的屏幕上显示2到3 个周期波形为宜。表2振荡周期pr01030507090100周期t计算值测量值通过电流表显示通过发光二级管的电流，改变限流电阻的阻值，观察发光二级管时毫安表数值的变化。将ic1的第4脚复位端接地，用示波器观察555的第三脚输出，此时振荡器没有振荡信号产生，led0

20、到led15中某个灯亮。将ic1的第四脚复位端接vdd，将4514的第一脚接地，观察发光二级管灯亮的现象，此时led0到led15中某个灯亮。若将4514的第23脚禁止端e非接vdd，此时led0到led15全部不亮。第五章 调式过程搭完毕后检查是否有多线，少线错线，元器件的位置。极性是否正确，检查正确后再通电调试。三脚双色发光二级管中间的最长脚为公负极，第二长脚为红色正极，最短的脚为绿色正极。通电调试主要从以下几个方面进行：1). 检查振荡器是否振荡。如果双色发光二级管灯亮并且左右移动，说明振荡器工作；如果双色发光二级管只有固定的一盏灯亮，则应检查振荡器是否振荡。用示波器检查振荡器的输出，或

21、用指针式万用表直流电压挡测量振荡器输出。如果示波器能检查出振荡波形，或万用表指针左右摇摆，则说明振荡器已经工作。2). 观察计数器能否计数，若不能计数，检查c4是否接错或已经损坏，若置数得的时间太久（led7绿灯两地太久），则应减少c4的容量或r19的阻值。接循环方式c，检查计数器能否置零，若不能，检查c3，r5等元器件。3). 接循环方式a，检查d触发器在一循环周期内能否翻转两次，若不能翻转，则应现检测d触发器是否已经损坏，再检查vd1、vd2、r2、r3、ic4a等元器件。4). 接循环方式b，用万用表测量ic6的输出电压，检查挡计数器计数到“1111”，时，单稳态电路的输出是否从的电平变

22、为高电平。如果单稳态电路的输出一直时低电平，则应测量ic6的第二脚时候一直为高电平而没有低电平触发信号，然后再检查周围相关的元器件。如果单稳态输出始终为高电平，可能是ic6的第二脚电压一直是低电平所导致，说明r20与r21的组织法选择不当。5).接循环方式c，检查能否四灯红闪，四灯绿闪。检查ic4c,ic7,vt2等元器件。总结语 在课程设计的过程中，较多的时间是用来查阅资料，因为还是第一次做电子课程设计，图书馆的资料很有限，所以一般通过网上查阅，在此查阅期间，我学会了怎样使用超星阅读器和pdf阅读器。在调试过程中，故障是不可避免的，或者正如老师所说没有故障反而还不正常。产生故障的原因很多，情

23、况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的上多种原因相互作用引起的复杂故障，因此需要掌握故障的一般诊断方法，故障诊断过程就是以故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的过程。对于一个复杂的系统来说，要在大量的元器件和线路中迅速，准确地找出故障是见很不容易的事。要通过对原理图的分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测量找出故障模块，然后再对故障模块内部加以测量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，这样可以提高我分析问题和解决问题的能力，因此，我把他看成是一次好的学习机会。通过电子线路课程设计，我了解了电子产品设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能用仿真

24、软件对电子线路进行仿真设计，能用portel等软件绘制pcb图，掌握了电子电路调试的方法，能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题，能正确选用元器件与材料，能对所设计电路的指标和性能进行测试并提出改进意见，能查阅各种有关手册和正确编写设计报告。由于这次的课程设计是一个人单独作一个课题，所以我是采用以自学为主的学习方法。在学完模拟电子技术基础和数字电子技术基础课程之后，我已经具有了一定的理论基础，实践技能和自学能力。在复习和课程设计任务有关的单元电路，理清头绪，按照电子电路的一般设计步骤进行设计。虽然一个人做有点困难，途中不知碰到了多少难题，由于是我自己解决的，所以在解决这些实际难题中得到了很大的提高。致 谢三年前那个白衣飘飘的懵懂年代，我踏着秋风啃噬的菊蕊，怀揣着邮电人绿色的希望，酝酿着酣甜的大学梦，