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祢：数字电路课程设计课程设计题目：四花样彩灯控制器学院名称：信息工程学院专业：通信工程 班级：11 0422学号：11042215姓名： 陈粤龙评分： 教师：20 1349 月 23 日数字电路课程设计任务书201 2 -2013 学年第学期第19周-20周题目四花样彩灯控制内容及要求(1) 彩灯一亮一灭，从左向右移动(2) 彩灯两亮两灭，从左向右移动(3) 四亮四灭，从左向右移动(4) 从1 8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭(5)四种花样自动变换.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PCB线路图：2天3o 领元器件、制作

2、、焊接：3天4.调试：2天弘.验收：1天6. 提交报告:201 3-20 1 4学年第一学期 23周学生姓名：陈粤龙指导时间：2周指导地点：E610任务下达2013 年 9 月 22 EJ任务完成20 1 3 年9月25日考核方式1 .评阅口2 .答辩口3.实际操作口4.其它口指导教师系(部)主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2.课程设计结束后与“课程设计小结J “学生成绩单” 一并交院教务存档。27 / 25彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的 设计都能运用到它的原理.本次设计的四花样彩灯控制器是其中较简单的，但这

3、是进行复杂设计的基础。本次课程设计要设计一个四花样彩灯控制器。首先要分析设计要求，从要实 现四花样入手推导出要使用的芯片。可通过八位右移奇存器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花样。根据四种花 样确定这四种码，可通过模十六计数器7 4LS 1 61的输出端接与门74LS08和非 fl 74LS0 4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74LS 1 5 3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，74L S74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

4、秒的矩形脉冲控制模十六计数器74L S 1 6 1和八位 右移寄存器74LS164,另一个产生周期为14.01秒的脉冲控制双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， 彩灯变为下一种花样，直到完成四种花样再循环变化.经实验验证，所设计的四花样彩器能完成四花样变换，每一种花样循环两次， 四种花样不斷循环。关键字：时钟脉冲 分频 自动转换 控制器 数据选择器彩灯控制器有着非常广泛的运用，如：LED彩灯，音乐彩灯控制器，二维 彩灯控制器等等，现简单介绍如下：随着人们生活环境的不斷改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯.LE D彩灯由于其丰富的灯光色彩，低

5、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.优易LED全彩灯光控制系统 由Co I or Ed i t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.二维彩灯控制器可控制五路彩灯逐行递増点亮，再逐行递减熄灭。若将一定 数量的彩色灯组合联接，就能营

6、造出平面上色彩变化的场景，这比通常控制一条 线上的色彩流动更加丰富绚丽。控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、装接无误，装E无须调试即可一举成功。音乐彩灯控制器是专用于卡拉。k厅KTV包房的彩灯控制设备，其最大优 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 弱来控制通过彩灯的电流大小（即亮暗程度）来烘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。本课题研究的是四花样彩灯控制器，应用的是数字逻辑电路的有关知识，是 进行复杂设计的慕础，对进行复杂彩灯设计具有指导意爻。第一章设计

7、要求1o 1 设计课题及要求(一) 题目：四花样彩灯控制器(二) 基本要求：设计一四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现(1) 彩灯一亮一灭，从左向右移动；(2) 彩灯两亮两灭，从左向右移动；(3) 四亮四灭，从左向右移动；(4) 从18从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭；(5) 四种花样自动变换。(三) 主要参考元器：NE55 5定时器，四位二进制计数器74LS93,双D触发器74L S 74,四选一数据选择器74LS 1 5 3,八位移位寄存器74LS164o第二章 系统组成及工作原理2. 1 系统组成框图把四花样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

8、组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。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20 1所示：图2.1系统组成框图各模块的组成及功能分析1o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。自动转换控制电路：由双D触发器74LS7 4和四选一数据选择器74LS153 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出，使彩灯花样自动循环。3数据输出电路：由八位移位寄存器74LS164和八个彩灯组成，选择输出的 每一种码输入到奇存器的数据输入端，使码在寄存器的

9、八个输出端自左向右移 动，实现彩灯的花样。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，控制计数器和寄存器，另一个周期为14。01秒，控制双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模十六计数 器；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。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、 0 1、10、1 1四种逻辑状态。这四个状态作为

10、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择器的QA, QB, QC, QD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”时，数据选择器输出10000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样一； 为“10”时，数据选择器输出11000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样 二；为“0 1”时数据选择器输出1 111000O序列脉冲，为八分频信号，实现花 样三；为“门"时数据选择器输出11 1 111110000 0000序列脉冲，为十六分 频信号，实现花样四。调节开关电路的CP脉冲产生电路的电阻，可以改变开关

11、 的切换时间用以选择每种花样出现时间的长短。数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在 移位寄存器的八位并行输出端从Q0到Q7顺序移动.移动的八位控制信号直接控 制发光二极管的亮灭，就出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯.第三章单元电路设计与计算3O 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:VGC:A：U9R2R1图3。R 8 QDCCV555<IEXT.TR5 THco37° &2*:021O0nF1 用55 5定时器构成多谐振荡电路其震荡周期为:T=0 7沃（& + 2 沃要用两个555

12、产生两个时钟脉冲，一个控制7 4LS93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二0.721S电路图如图31所示:T二 07*()*C8 +0. R *Cs=200* IO3 *10* 10vcccoU7R11-100k-.<TEXT>. URV3RC c 73 Q>DCCV555<TEXT：QTDO TH1 K376C8GE応卜一IOuF'<TEXT>100k:05 <TEXT>100nF图3.1时钟电路另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换，

13、其周期设为模十六计数器 的2 0倍，改变R1、R2的阻值即可，可设为：T= O o 7 * （心+心总）*CS+O. 7*R、*G=200*10 *10*10co U9 -DC5CVTPTHRV4|R12200k U .<TEXT>.555<TE)d>T:100k<TE>r>亠C6I . 1OOnF. vTEe.100uF：<TEXT>3. 2四种码产生电路根据彩灯要实现的四花样，可确定移位寄存器输出的二进制码，即四种码产生电路要产生的码，如表3-1所示：表3T四种码花样状态要求周期（位）码1一亮一灭，从左向右移动82两亮两灭，从左向右移动

14、83四亮四灭，从左向右移动84从广8从00左到右逐次点亮，然后逐次熄灭1611111 11100000000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所示原状态S ( t )输出Q4 Q3 02Q,0 0 010 0 100 0 10 10 10 1100 11110 0 01 0 0 110 111 1 001 1 011 1 1Q4Qaq2 q1ZiZ2Z3z40001001 00111001 1001101000110000101000011000101100001111001110110100001000010100 100001010000

15、000001011000011111100110次态N(t)J序 号01234567891 01 11 213141 511 1 11 110 0 0表3-2计数器真值表乙=Q 4由表 32 分析得：Z1-Q3Q2Q 1Z2=Q3（）2Z3-Q3所以四种码产生电路如图3. 2所示3. 3彩灯自动转换控制电路要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS 1 5 3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Q1、Q2的状态方程为：QL =(32)Q严二 Q(33)设双D触发器的初始状态Q1Q2 = 0

16、0,由Q1、Q 2的状态方程式(32) 和式(33)可得，Q1、Q2的状态变换顺序为00->01-> 1 1> 10> 00,实现 四分频。用双D触发器的输出端、Q2控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控制。自动转换控制电路如图3. 3所示:VCC2L6c0 12 3 0 12 3X X X X X X X X 3 E E 1111 2 2 2 2 A B 1 245 4 3 0 12 34 d d 41Y2Y4 .4 - waML一M图33自动控制电路令Q 1 Q2二AB, 74LS153数据选择器的功能表如表3-3所示:表3-

17、3 数据选择器功能表B (Q2)A(Q1)1Y00Z110Z311Z401Z200Z 1由表33可知，数据选择器的地址输入端A、B循环转变，输出端1Y循环 选择四种码ZJ Z 2. Z3、Z4输出，使彩灯的四花样自动循坏改变。3.4花样输出电路设计输出电路由八位移位寄存器74LS 1 64.八个彩灯和八个驱动电阻构成。寄 存器的数据输入端接收开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并 行输出端从QA向QH移动，输出四种彩灯花样。当输入移位寄存器数据输入端的码为1 0000000时，清零后在務位脉冲C P的作用下，寄存器数码移动情况如表4-4所示：表3-4 寄存器数码移动情况表CPRiQ

18、AQBQCQDQEQFQGQH11100000002001000000300010000040000100005000001000600000010070000000108000000001由表3-4可看出，输入码中的那位高电平“1”从寄存器的输出端QA经八 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花样。当输入另外的三种码时，寄存器的数码移动原理相似。3.5各芯片管脚图3o 5. 由74L S 9 3组成的模十六进制计数器，芯片管脚图如图3。5。1所示:CKAQACKBQBR0(1)R0(2)QCQD12匚81174LS93图4。5o 174LS9

19、3管脚图3. 5. 2、双四选一数据选择器74LS1 53,芯片管脚图如图4. 5o 2所示:654310111213141X0 1X11X21X32X0 2X12X22X3A B 1E 2E1Y2Y74LS153图3.5 . 274LS153管脚图3o 5o 3.8位移位寄存器74LS 1 64，芯片管脚图如图3。5。3所示图3.5o 374LS164管脚图3. 5o 4> NE5 5 5 定吋器IJ.18E了55536耳一4第四章 实验、调试及测试结果分析4o 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；前而的检查无问题 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) 彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：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5 5 5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74L S7