数电课程设计四花样彩灯控制器

1、课程设计说明书课程设计名称：数字电路课程设计课程设计题目：四把戏彩灯限制器学院名称：信息工程学院专业：通信工程班级：110422学号：姓名：陈粤龙评分：教师：2013年月23日数字电路课程设计任务书20122013学年第1学期第19周一20周题目四把戏彩灯限制内容及要求(1)彩灯一亮一灭,从左向右移动(2)彩灯两亮两火,从左向右移动(3)四凫四火,从左向右移动(4)从18从左到右逐次点亮,然后逐次熄火(5)四种把戏自动变换.进度安排1.?布置任务、查阅资料、选择方案、领仪器设备：2天2.?仿真、画PC瞰路图：2天3.?领元器件、制作、焊接：3天4.?调试:2天5.?验收:1天6.?提交报告：2

2、022-2022学年第一学期?2-3周学生姓名：陈粤龙指导时间：2周指导地点：E610任务下达2022年9月22日任务完成2022年9月25日设计都能运用到它的原理.本次设计的四把戏彩灯限制器是其中较简单的,但这是进行复杂设计的根底.本次课程设计要设计一个四把戏彩灯限制器.首先要分析设计要求,从要实现四把戏入手推导出要使用的芯片.可通过八位右移存放器74LS164实现八个彩灯的向右移动,从它的右移输入端输入四种码来实现它的四种把戏.根据四种花样确定这四种码,可通过模十六计数器74LS161的输出端接与门74LS08和非门74LS04产生.要实现彩灯的自动转换,把四种码输入四选一数据选择器74L

3、S153的四个输入端,它的地址输入端接双D触发器74LS74的两个输出端,74LS74可产生四种循环的状态,从而实现彩灯的自动转换.时钟信号由两个555产生,一个产生周期为0.721秒的矩形脉冲限制模十六计数器74LS161和八位右移存放器74LS164,另一个产生周期为14.01秒的脉冲限制双D触发器.当彩灯完成一种花样时,双D触发器输出状态改变,数据选择器选择另一种码输出,彩灯变为下一种把戏,直到完成四种把戏再循环变化.经实验验证,所设计的四把戏彩器能完成四把戏变换,每一种把戏循环两次,四种把戏不断循环.关键字：时钟脉冲分频自动转换限制器数据选择器组一表二份,课程设计小组组长一份；任课教师

4、授课时自带一份备查.考核方式1.评阅2.辩论3.实际操作口4.其它摘要指导教师S彳灯限制器在我门日常生活彳灯限制器在我门日常生活中中系部主任笔正要的运用笔正要的运用, ,力 以告牌的设计和节日彩灯上以告牌的设计和节日彩灯上注：1、此表一2、课程设计结束后与“课程设计小结、“学生成绩单一并交院教务存档彩灯限制器有着非常广泛的运用,如：LED彩灯,音乐彩灯限制器,二维彩灯限制器等等,现简单介绍如下: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彩色霓虹灯.LED彩灯由于其丰富的灯光色彩,低廉的造价以及限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

5、各式样的LED彩灯限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根据固定的模式闪亮,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.优易LED彩灯光限制系统由ColorEdit编辑软件、主控器、分控器和LED光源组成,广泛应用于城市景观、风景名胜、道路桥梁、建筑轮廓、娱乐场所、户外广告、室内装饰等美化、亮化工程.二维彩灯限制器可限制五路彩灯逐行递增点亮,再逐行递减熄灭.假设将一定数量的彩色灯组合联接,就能营造出平面上色彩变化的场景,这比通常限制一条线上的色彩流动更加丰富绚丽.限制器采用数字集成块,外围元器件少、电路结构简单,只要元器件完好

6、、装接无误,装后无须调试即可一举成功.音乐彩灯限制器是专用于卡拉ok厅KTV包房的彩灯限制设备,具最大优点是不与电视音响等设备有任何连接,本设备通过检测包房里的环境音频信号强弱来限制通过彩灯的电流大小即亮暗程度来衬托娱乐的兴趣的目的,也就是随着声音的大小而使彩灯闪烁,歌声和彩灯一起跳动,从而让唱歌人激情高涨,留连忘返.本课题研究的是四把戏彩灯限制器,应用的是数字逻辑电路的有关知识,是进行复杂设计的根底,对进行复杂彩灯设计具有指导意义.第一章设计要求1.1设计课题及要求（一）题目：四把戏彩灯限制器（二）根本要求：设计一四把戏自动切换的彩灯限制器,要求实现(1)彩灯一亮一灭,从左向右移动;彩灯两亮

7、两灭,从左向右移动;四亮四灭,从左向右移动;从18从左到右逐次点亮,然后逐次熄灭;NE55旋时器,四位二进制计数器74LS93,双D触发器74LS74,四选一数据选择器74LS153,八位移位存放器74LS164第二章系统组成及工作原理2.1系统组成框图把四把戏彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯限制器的设计.系统可由四个模块组成,它们分别是：四种码产生电路、开关电路、数据输出、时钟电路.设计框图如图2.1所示：各模块的组成及功能分析1.四种码产生电路：由四位二进制计数器74LS93产生四种码输出,.2 .自动转换捽制怔阖

8、由双阖由双D触发后触发后4LS7n四选四选或选择勺或选择勺74L153组成,双D的两输出端接数据选择器的地址输入端,它能产生两位循环二进制码,每改变一种状态,数据选择器选择一种码输卜,使彩灯把戏循环.3.数据输出电路：由八位移位存放器74LS164和八个彩灯组成,选择输出的每一种码输入到存放器的数据输入端,使榭留存翻触M鞘端自左向右移动,实现彩灯的把戏.(5)四种把戏自动变换4.时钟电路：由两个555和电阻电容组成,构成两个多谐振荡器,一个周期为0.721秒,限制计数器和存放器,另一个周期为14.01秒,限制双D触发器.2.2工作原理分析从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到

9、模十六计数器；另一路做为移位时钟脉冲加到移位存放器.调节多谐振荡器的滑动变阻器可以改变震荡频率,即改变彩灯移动的速度,得到不同的动态效果.多谐振荡器、双D触发器、数据选择器共同组成一个电子开关.多谐振荡器输出的计数脉冲经双D触发器两位二进制计数器,在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑状态.这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号,对应从模十六计数器输送到数据选才器的QAQBQGQD四个分频信号.其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关.当双D触发器输出为“00“10“01“11数据选择器的输出端接移位存放器的输入端,在时钟脉冲的作用下,数据在移位存放器的八位并彳T输出端

10、从Q0到Q7顺序移动.移动的八位限制信号直接限制发光二极管的亮灭,就出现了八路四把戏自动循环切换的流水彩灯.第三章单元电路设计与计算3.1时钟脉冲产生电路用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲：图3.1.1用555定时器构成多谐振荡电路其震荡周期为：T=0.7*(R+2*R2)*C1要用两个555产生两个时钟脉冲,一个限制74LS93组成的模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动,其周期设为1秒左右,电阻值和电容值可设为:由公式3-1计算得：T=0.721S电路图如图3.1所示：T=0.7*R11+R滑总*C8+0.7*R滑*C8=200*103*10*10图

11、3.1时钟电路另一个555产生的矩形脉冲限制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数器的20倍,改变R1、R2的阻值即可,可设为：T=0.7*R11+R滑总*C8+0.73*R滑*C8=200*103*10*103.2四种码产生电路根据彩灯要实现的四把戏,可确定移位存放器输出的二进制码,即四种码产生电路要产生的码,如表3-1所小：表3-1四种码把戏状态要求周期位码1一凫一火,从左向右移动82两凫两火,从左向右移动8要产生这四种码,可由十六进制计数器接组合逻辑门产生,十六进制计数器的真值表如表3-2所小3四凫四火,从左句右移动8输出原4c4(仄态S从18从00Xc3Q2Q1点亮,然后逐次;到右逐次Q

12、Q3熄火N(t)Q26Q1ZiZ2Z3序号Z4表00000000101113-2计数1000100100011器真值表20010001100113001101000001401000101000150101011000016011001110001701111000111081000100101109100110100010101010101100101110111100000012110011010000131101111000001411101111000015111100001111由表3-2分析得：Zi=QQQZ2=QQZ3=QZ4=Q所以四种码产生电路如图3.2所示图3.2四种码产生

13、电路3.3彩灯自动转换限制电路要实现彩灯四把戏的自动转换,就要使四选一数据选择器74LS153循环地输出Z1、Z2、Z3、Z4,也就要使它的地址输入端输入四种状态并循环转变,可用双D触发器实现.双D触发器的两个输出端Q1Q2的状态方程为：Qin+1=Q2n(3-2)Qn+1=Qin(33)设双D触发器的初始状态Q1Q2=00,由Q1、Q2的状态方程式(32)和式(33)可得,Q1、Q2的状态变换顺序为00-01111000,实现四分频.用双D触发器的输出端QtQ2限制选择器的地址输入端,使数据选择器自动选择一种码输出,实现彩灯花样的自动限制.自动转换限制电路如图3.3所示：图3.3自动限制电路

14、令Q1Q2=AB74LS153数据选择器的功能表如表3-3所示：表3-3数据选择器功能表B(Q2)A(Q1)1Y由表00Z13-3可知,数据选择器的10Z3地址输入端AB循环转变,输出端1Y循环选择11Z4四种码Z1、Z2、Z3、Z4输出,使彩灯的四把戏01Z2自动循环改变.00Z13.4把戏输出电路设计输出电路由八位移位存放器74LS164八个彩灯和八个驱动电阻构成.存放器的数据输入端接收开关电路输出的四种码,这四种码在移位存放器的八位并行输出端从QA向QH动,输出四种彩灯把戏.表3-4存放器数码移动情况表CPRiQAQBQCQDQEQFQGQH11100000002001000000300

15、010000040000100005000001000600000010070000000108000000001由表3-4可看出,输入码中的那位高电平“1从存放器的输出端Q解八个移位脉冲CP作用后逐渐到了QH使输出端所连接的彩灯依次点亮,实现了彩灯依次点亮的把戏.当输入另外的三种码时,存放器的数码移动原理相似.3.5各芯片管脚图3.5.1图4.5.174LS93管脚图3.5.2图3.5.274LS153管脚图3.5.3图3.5.374LS164管脚图3.5.4、NE555定时器第四章实验、调试及测试结果分析4.1结果的调试及分析1.调试使用的主要仪器：数字万用表、直流稳压电源、示波器、函数信

16、号发生器.2 .测试电路的方法和技巧先检查各芯片的电源和地是否接上,检查线路是否连好； 前面的检查无问题后,再根据彩灯的变化情况,确定可能的原因,分析是哪个功能模块出了问题,用数字万用表检查各模块的功能,发现并改正错误,直到符合要求为止.3.调试中出现的故障、原因及排除方法：(1)彩灯只有一种把戏变化,没有其它的把戏：原因可能是双D触发器74LS74不能产生周期性的两位二进制码或是555不能产生触发双D触发器的CP脉冲,使双D触发器维持在一种状态.可换一片好的74LS74芯片或检查555CP脉冲产生电路,看是否产生周期性的CP脉冲,使双D触发器产生四种循环的状态,彩灯就能四把戏变化.(2)彩灯

17、无规律变化：原因可能是四种码的产生电路不能产生符合要求的四种码,检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定,看74LS161是否能计数,即Q、Q、Q、Q是否周期性的上下电平变化,前面没问题,再检查与门74LS08和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能.(3)彩灯的四种把戏都有,但中间有一些混乱的状态：原因可能是数据选择器输出的两种码之间的间隔大于彩灯每一种状态持续的时间,使彩灯的一种把戏完成后并没有进入另一种状态,当进入另一种状态时上一种状态的多余码进入下一个状态,故出现了混乱的状态.可改变双D触发器的CP脉冲,即改变多谐振荡器的电阻,使得一种把戏完成后,数据选择器地址输入端状态改变,正好选择另一组

18、码输出,彩灯把戏改变.结论本次所设计的是把戏彩灯限制器,该限制器的设计主要结合了大二所学的低频电子线路及脉冲与数字电路课程课程设计这门课需要严谨的科学态度和完整的设计思维和方法.设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对根本电路相关知识的熟练掌握.设计电路时,将总体的功能分成假设干个局部来实现,是简化电路设计思路的很好方法；且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法,对电路故障的检查也是很有帮助.通过这次设计,学到了很多东西,如查找资料,设计比拟,从各种图中提取所需.焊接时出学到了好多,如如何在一定大小的板子上正确摆放好芯片,如何布线等等,调试时也是,知道了用工具如万用表来检查、修复故障.本次课设算是成功的,让作者学到很多,包括焊接技术.也吸取了很多教训.真正提高了动手水平,学会获取资料,活泼了自己的思维,稳固了所学知识.把戏彩灯限制器的设计是对数