彩灯控制器设计综述

1、课程设计名称： 电子技术课程设计.题目：彩灯控制器设计学 期：2013-2014学年第.一2.学期 专 业：电气工程及其自动化 班 级：姓 名：学 号：指导教师：刘桂芬辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表评定指标标准评定合格不合格单元电路及合理性评整体设计方案正确性创新性疋是否进行仿真或实践标仿真或实践技术指标或性能符合设计要求准有完成结果格式正确设计报告内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小 项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年月日课程设计任务书、设计题目彩灯控制器设计、设计任务1. 有六只 LED 彩灯2. 控制顺序是：全亮 -奇数灯依次灭 -偶数灯依次灭 -依次

2、亮依次灭 -全亮全灭3. 彩灯点亮时间为 0.5S。三、设计计划电子技术课程设计共 1 周。第 1 天：选题，查资料；第 2 天：方案分析比较，确定设计方案；第34天：电路原理设计与电路仿真； 第 5 天：编写整理设计说明书。四、设计要求1. 画出整体电路图。2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求3. 写出设计说明书。指导教师：刘桂芬日期： 2014 年 6 月 18 日摘要近年来，由于集成电路的迅速发展，使得数字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。因此用集成电路

3、来实现更多更复杂的器件功能则成为必 然。现代生活中，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，现以该课题为例进行分析与设计可编程的彩灯控制的电路很 多，构成方式和采用的集成片种类、数目更是五花八门，而且有专门的可编程循环彩灯控 制电路。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 现的彩灯控制器主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。本次设计的可编程 彩灯控制电路就是用寄存器、计数器和译码器等来实现，其特点是用发光二极管显示，实 现可预置编程循环功能。关键词：集成电路；计数器；译码器;目录1 综述 . 12 方案设

4、计与分析 . 23 电路设计框图及功能描述 34 电路原理设计及参数计算 44.1 21 进制计数器 44.2 5-32 译码器 44.3 真值表 . 55 各单元电路的制作 . 65.1 21 进制计数器的实现 65.2 5-32 译码器的实现 75.3 控制电路的实现 75.4 电路图及仿真 86 课程设计体会 . 9参考文献 . 101 综述随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，在生活中使用彩灯作为一种装饰越来 越流行，彩灯既可以增强人们的视觉效果，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添了亮 丽的色彩。现代数字电子技术的发展逐渐趋向于小型化，快速化，精确化，控制使用简易 方便的方向发展

5、。 在数字电子技术广泛应用的阶段， 人们追求贯彻整个系统的自动化设计， 整个过程通过集成块完成自动控制，提高了设计的质量和效率，大大降低了故障产生的机 会。2 方案设计与分析方案一：利用两片十六进制计数器 74LS161设计一个21进制计数器，用从0到20种 状态来控制这 21 种状态，然后通过译码器翻译成可以实现的高低电平。最后写出这 21 种 状态和计数器数字对应的真值表，计算出逻辑式，便可实现所要求的彩灯控制。该方案思 路简单明确，控制产生的现象明显，稳定，易于实现。方案二：利用两片十进制计数器 74160设计一个 40进制计数器，再用个位的 0到 9 输出状态与十位的 0 到 3 四种

6、输出状态通过逻辑器件构成 LED 灯的控制电路，实现彩灯的 亮灭控制。该方案 LED 灯的控制电路比较复杂， 逻辑门器件容易出现延迟， 竞争冒险风险， 从而影响对 LED 灯的控制结果。3电路设计框图及功能描述按课程设计题目来看，要求实现彩灯的 21种状态(开始灯全部亮1种状态，奇数的 灯依次灭3种状态，偶数的灯依次灭3种状态，然后依次亮6种状态，依次灭6种状态， 然后再全亮1种状态，全灭1种状态，共21种)。此处可以用一个21进制的计数器实现，从0到20种状态来控制这21种状态(00000 -10110),然后把计数器用译码器译成可以实现的高低电平。再写出这21种状态和计数器数字对应的真值表

7、，计算出逻辑式，便可实现题目要求的彩灯控制。由上分析可知需要一个21进制的计数器，然后需要一个 5-32译码器，然后在由门电 路连接LED灯。总体设计思路图如下所示：时钟脉冲信号电路23进制计数器235-译码器各个门电路的连接图1.1整体设计方案的框图4 电路原理设计及参数计算4.1 21 进制计数器21进制计数器是由两个 16进制计数器构成，并且将 21 进制计数器的每个状态输出， 令其对应 LED 的每一种状态。21进制计数器：用2片74LS161 (具有异步清零，同步置数的功能)扩展成 21进制 计数器，采用并行进位方式、整体置数法。因为计数器需要 23种状态( 00000-10100)

8、，所 以先用两片 74LS161 连接成 256(16*16)进制计数器，然后在输出为 10100(20)时，用 与非门来控制两计数器的 LDN 端预置数到零，完成一次完整的循环计数。4.2 5-32 译码器5线-32线译码器是由5片74LS138译码器实现，它的扩展原理同用 2片74LS138进 行4线一16线扩展类似。正常的5线-32线译码器应该需要5片74LS138译码器来扩展实 现，但由于本设计中要求控制彩灯变化的状态只有23种，故只需要用4片74LS138即可实现5线-24线的译码功能，左边的一片 74LS138芯片用于控制选择右边的三片 74LS138 芯片的工作或者锁定状态，右边

9、的三片 74LS138芯片每片都可控制八种输出状态，共可控 制输出24种状态，而题目要求为 21种，所以能满足题目的要求。当接通时，先通过左边 的芯片控制右边芯片的使能端来控制其是否工作，然后右边的芯片再进行移位变化控制终 端 LED 彩灯的状态，从而实现 21 种状态的循环。4.3真值表由21进制计数器输入一个五位二进制数 (0000010110),输出彩灯所对应的状态(1表示灯亮，0表示灯灭)，对应的真值表如下：表4-3真值表L0L1L2L3L4L501111111101111210101131010104001010500001060000007100000811000091110001

10、0111100111111101211111113011111140011111500011116000011170000011800000019111111200000005各单元电路的制作5.1 21进制计数器的实现21进制计数器是由两个16进制计数器构成，并且将21进制计数器的每个状态输出,令其对应LED的每一种状态，计数器实现如图5-1。U4U5DCDHEXDCD HEX125VU613NAND3U1U210VCC_9_n67AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOADCLR CLK14131211M5_AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOADCLRCLK4131261

11、1715109-01O-2-091411XFG1n rVCC74LS161N74LS161N10图5-1 21进制计数器及仿真5.2 5-32译码器的实现5-32译码器是由5个74LS138实现，它的实现原理同用 2个74LS138实现4-16译码 器的原理，设计图如图5-2。5.3控制电路的实现由真值表可得到各个LED灯的逻辑表达式如下:L0=M0+M1+M2+M3+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M19；L仁M0+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M19 ；L2=M0+M1+M2+M3+M4+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M19L3=M0+M1+M10+

12、M11+M12+M13+M14+M15+M19:L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M19L5=M0+M1+M2+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M19VCC5VAY0BY1CY2Y3G1Y4G2AY5G2BY6Y7U774LS138DC15_, d4_,C12_010 da 曰一12二 36623646A123123AY0BY1CY2Y3G1Y4G2AY5G2B丫6Y7U474LS138D0000000U5AY0BY1CY2Y3G1Y4G2AY5G2BY6Y71514131211109 774LS138DVCCAY0BY1

13、CY2Y3G1Y4G2AY5G2BY6Y7U66405C12374LS138D1514131211109 700000000图5-2 5-32译码器5.4电路图及仿真图3.1整体电路图6 课程设计体会在这次的课程设计中，我收获很大，具体有以下几方面：1. 学以致用。在学习数字电路的过程中，上课我们都是些理论上的东西，并且在做实 验的过程中也是照着书本上给出设计好的电路连线，不需要自己设计，一直都没有运用到 自己所学的知识来设计一个电路。而这次的课程设计真正让我们通过自己的知识和努力， 通过自己查阅资料、分析来解决问题。这不但能巩固我们所学的理论知识，又能提高我们 的实践能力。2. 学会分析解决

14、设计上的问题。在设计电路的过程中，每一步都要自己去思考分析， 遇到问题时，经常都要经过多次的尝试来解决改善问题，有时一点微小的错误都会影响到 结果的正确以否，而这些微小的错误经常都是很难发现， 这就需要我们学会仔细分析问题3. 懂得了如何去安装调试电路。设计电路，关键步骤还在于解决实际遇到的问题，安 装调试出正确的结果，这一步是至关重要也是最为困难的。很多时候，理论分析正确，调 试却不一定正确，这关键也在于调试过程是否正确。我们必须遵循一些安装调试步骤，先 单个调试，然后再整体调试，先局部再整体，切不可一次安装后调试，因为这样是很难查 出错误来。总之，这次的课程设计的收获是很大的，通过这几天的努力，终于设计出“彩灯控制 器”的电路。从开始的无从下手到熟悉各种芯片的功能，到尝试着设计各个单元电路，再 到每个细节问题错误的改进和矫正，这里的每一步都是一个大大的提高，特别是许多的细 节问题都是很棘手的。但是结果证明，只要不断地努力，不断地思考，目标是一定会实现 的。参考文献1 闫石 主编 数字电路技术基础 高等教育出版社 2006.52 孙肖子 编著模拟电子技术基础 高