数电课程设计循环彩灯控制器

1、课 程 设 计 说 明 书班级：电子信息0901学 号：0501090108学生姓名：张亚军指导教师：曹建生日期：2011.1.04绪论白1879年美国科学家爱迪生发明了白炽灯以来，便 结束了人类“黑暗“的历史，给人类以光明，创造了巨 大的财富。如今灯光已成为人民生活中必不可少的家用 品。而相续发展起来的的循环彩灯也成为时代前沿的时 尚艺术，它以现代高科技为基础，随着高技术日新月异 的发展，其艺术性和表现力都产生了质的飞跃，实现了 艺术上的创新与突破，不断创造出令人惊叹、叫绝的视 觉艺术效果，给人们带来了美的享受和心灵上的震撼。伴随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合 可以看到霓虹灯。L

2、ED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉 的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩 灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前 市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实 现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能 按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段 的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率 损耗大等缺点而且价格昂贵。此外从功能效果上看，亮 灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯 效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。利用控制电路可使彩灯按一定的规律不断的改变状 态，不仅可以获得良好的观

3、赏效果，而且可以省电（与 全部彩灯始终全亮相比）。再由于人们对于物质生活的要 求也在逐渐提高，不光是对各种各样的生活电器的需要， 也开始在环境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光灯 已经不能满足于我们的需要，彩灯的运用已经遍布于人 们的生活中，从歌舞厅到卡拉 O饱房，从节日的祝贺到 日常生活中的点缀。这些不紧说明了我们对生活的要求 有了质的飞跃，也说明科技在现实运用中有了较大的发i展。在这一设计中我们将涉及有关彩灯控制器的设计， 从原理上使我们对这一设计有所了解。将其确实的与我 们生活相联系起来。课程设计任务书一. 设计题目：循环彩灯控制器电路二. 主要内容及要求(1)共有红、绿、黄3色彩灯各9

4、个，要求按一定顺序和时间关系运行。 动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按 0.5S 的速度跑动一次，然后，全部红灯亮 5S,再黄灯，后绿 灯，各一次。以此循环。(3) 对各组灯的控制，要求有驱动电路。(4) 对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮 每一组，利用视觉暂停，达到跑动的效果。三. 进度安排1 、老师给出选题内容，课程设计的相关要求，指导时间及任务完成期限。2 、根据课程设计内容及要求构造整个设计思路，复 习数字电路中触发器、译码器、计数器、译码显示器等 部分内容。3 、分析彩灯控制器的组成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引脚排列及功能。进行电路的设计及仿真模 拟。4 、

5、根据电路的原理写出设计方案。5、设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。应用价值在家庭装饰、商业区、许多户外广告、公益广告等的灯 光布置中经常需要完成彩灯循环点亮以实现灯光动态效 果，做到广告、彩灯等作品色彩鲜艳，富有创艺，变化 形式丰富，起着宣传和美化环境的作用，营造文明和亮 丽氛围，增添人们生活乐趣。彩灯控制现已广泛用于广 告、舞厅、商店方面。伴随着经济的发展和夜市的兴起 循环彩灯的用途将越来越广，必然是现代都市的发展和 人们生活水平提高.循环彩灯设计一方案设计与论证该任务要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按 0.5S的 速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S,再黄灯，后绿灯， 各一次。以

6、此循环。根据此要求电路总体上可以分为三 部分：一部分电路为控制0.5s的跑动。一部分电路为控 制5s的跑动。一部分电路为实现这两种跑动的循环。因 此可以选用两个555多谐振荡器（一个周期为 0.5秒， 一个为5秒）用来控制跑动的速度，再选两个4017芯片， 因为4017芯片在正常工作下，连续送入时钟脉冲时，其 十个输出端会依次输出高电平。这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动，用一个4017芯片来点亮5s的跑动。 选用一个JK触发器和模拟开关4066芯片来实现循环功 能，即用JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭。二，单元电路设计与参数计算在整个电路中，其主要的组成部分有:555定时器

7、和4017芯片组成的3个一组0.5s依次跑动:q 4O17BP_6V14（由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故 仿真时时间可能不是0.5s）555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s的U7A "义 741 GfJ（由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是5s）4066和74LS76组成的一个循环电路：（本来是要用hc4060+CD4013 （D触发器，用它做2分 频电路）+32768HZ的晶振组成秒定时，产生秒脉冲来 做循环电路的，不过由于其中的芯片没接触过也比较复 杂，所以就没用此方案，改为用4066和74LS76组成的 循环电路。）&

8、#163;4uLlla:LS_一 .设计过程中各个单元的详细原理、电路图和仿真状态如下：第一部分电路：实现 3个一组红灯，后黄灯，再绿 灯，分别依次跑动一次的电路，电路如下图：舟千 希 咛 an* UH *1晋 "U年SI中nTJVGC林 iff “ ” 由1 IW JM皇 M 祈4 X1E Xlt X17 X11 M1» X» JttT 0t XITL此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯 片，4017芯片有十个输出端口，而每 3个一组的灯 都接一个4017的输出端口，这样可控制任务中的 9 组灯。电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入

9、控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端(01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09)依次为高电平， 这样就控制指灯不断的跑动！第二部分电路：用来实现全部9个一组红灯，再黄灯， 后绿灯，各亮一次。电路如下图：WD-D:M5_VHHTUALTirn-K555 VIRTUA4.Turi-i此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯 片，4017芯片有十个输出端，而每9个亿组的灯都 接一个4017的输出端(共接三个)，这样可控制任务 中的3组灯。电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振

10、荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端(01, 02, 03)依次为高电平，这样就控制3组指灯持续亮 5s依次跑动循环！1:用来实现两种的跑动不断循第三部分电路环。电 路如下图：此部分电路主要是用一个4066BP芯片和一个74LS76N芯片来现实。4066BP芯片为模拟开关芯片，它集成了四个模拟开关（在此用到 两个），每个模拟开关有2个端子，一个为控制端，主要接高电平或低 电平，其余两个端子为输入输出端。当控制接高电平时，开关接通， 控制端接低电平时开关断开。74LS76N芯片为集成JK触发器。在此电路中触发器的J , K和清零端都接高电平。这样每给触发器一

11、个触发 边沿其输出端就翻转一次。Q端接4066BP的一个开关的控制端。Q非接4066BP的另一个开关的控制端。这样可以使4066BP用到的两个开关一个接通时而另一个就断开。而触发器的脉冲输入端接第一部分电路中的4017的第十（09）输出端口和第二部分电路中的4017的03输出端口的或门的结果。而4066模拟开关用到的两个开关的输入端接12V直流电源，其一个开关的输出端接第一部分电路中的555多谐振荡器电源端，别一个开关输出端接第二部分电路中的555多谐振荡器的电源端！这样就实现了若第一部分的电路工作时第二部分电路就不 工作。而第二部分电路工作时第一部分电路就不工作。即可实现交替 循环工作！三总

12、原理图及工作过程1 .总原理图We51人J|.MJli4j Jk2电路完整工作过程电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不 断的给控制着3组灯（3个一组）的4017芯片送去脉冲， 从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。接到高 电平的组灯就会发光。这样就实现先红灯，后黄灯，再 绿灯，分别依次0.5s跑动。当最后的绿灯亮完后，即第 一部分的单元电路中的4017的第十个输出端（09）输 出高电平时，这就给74LS76触发器送去一个脉冲，于 是触发器的Q端就翻转输出低电平使4066模拟开关的 一个开关变为断开，从而使第一部分的电路处于不工作 状态。而触发器的Q非端同时了输出一个高电平使 4

13、066 的另一个开关导通，这时第二部分的电路开始运行。这 样就使全部红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。而当绿 灯全部亮完后，这时第二部分的 4017的第四个输出端(03)输出高电平，也给触发器送去一个脉冲。于 Q端 和Q非端翻转。这样第二部分的4066的模拟开关断开， 控制第二部分的模拟开关断开使第二部分的电路不工 作。，而控制着第一部分的4066模拟开关导通，使第一 部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。如此实现了 3个一组先红灯，后黄灯，再绿灯0.5s依次 跑动，让后再9个一组，先红灯，后黄灯，再绿灯持续 亮5s.如此循环下去。四安装与调试1、按照电路图进行接线，按照单元电路设计中

14、的方 法连接好每一块电路，然后把每一块接在一起。对每单 元电路进行调试，在对每部分电路进行调试时仿真状态 跟设计和预想的一样，没什么大问题。2、把各单元电路接在一起调试时，3个一组隔0.5s 跑动亮的正常，不过9个一组的持续5s的出现错误，就 是0.5s和5s的两个功能电路都一起工作，达不到要设 计的要求。3、把0.5s跑动单元电路中的4017芯片的第十个输出 端口和持续亮5s的单元电路中的4017芯片的第四个输出 端口用一个或门连起来后就能正常工作了。不过，持续 亮5s的功能中，亮黄跟绿灯时会有三个红灯也一起亮的 （问题解决不了）。不过总体的功能跟效果还是达到要求。五结论与心得通过此次的课程设计，我对电路的设计流程有了一 定的了解，对仿真软件也有一定的认识。在调试的过程 中遇到打开电源开关的瞬间一个红灯亮 0.5S然后所有灯 全亮，通过运用检修方法查出是系统内部的问题，改正 后恢复正常。所有灯一会正常一会不工作，经仔细检查 发现在电源处接触不良，改正后恢复正常。总的来说， 本次的课程设计进行的还算顺利，不过对于结果有点不 怎么满意，就是持续亮5S的功能有点不完善，但总的结 果还算达到了设计要求。本次所用的芯片大部分都是基 础的，不过有个别的不怎么了解，不过通过此次课程设 计，我对这些未曾接触过的芯片都有一定的认识，对其 功能也有一定的了解。比如 4