基于数字电路设计的彩灯控制器

1、Harbin Huade University课程设计说明书设计题目：彩灯控制器的设计系别: 电子与信息工程学院班级:1092132学生姓名：崔开地指导教师：丁文飞成绩:2013年7月9日课 程设计任务书课程设计题目彩灯控制器的设计功能1顺序产生：红、绿、红+绿=黄、蓝、红+蓝=技术指标糸、绿+监一冃、红+绿+监一白；2.灯光换时间可调，范围在0.110s。工作量1、分析题目的功能要求，查找和分析参考资料。（1天）2、画出电路原理图，分析电路原理图和列出元器件表。（2天）3、购买元器件（1天）工作计划4、安装电路（2天）5、电路调试（5天）6、撰写课程设计说明书（3天）7、准备答辩（1天）8、

2、答辩（1天）。指导教师评语目录第1章绪论.31.1选题目的.31.2设计要求.31.2.1设计题目和技术指标 .31.2.2设计功能.3第2章电路结构及工作原理.42.1电路方框图.42.2时钟发生电路图.42.3彩灯控制电路.52.4彩灯显示电路.7第3章整机工作原理.103.1整机原理图.103.2整机电路原理.11第4章电路的组装与调试.134.1电路的检查.134.2电路的调试.134.2.1在调试中遇到的困难 .13结论.15收获和体会.错误！未定义书签。致谢.19参考文献.14附录1. 15第1章绪论1.1选题目的课程设计是一个非常重要的教学环节，是电子线路教学环节 的继续、深化、

3、补充和检验，是教学计划中综合性很强的实践性 教学环节。1.了解并掌握数字电子技术课程所学的基础理论知识。2.通过对理论知识的掌握，学会用其进行基本的电路设计。3.熟悉常用集成数字芯片，并掌握其结构组成、工作原理及逻 辑功能，进一步学会使用其进行电路的设计。4.了解并熟悉数字电子技术设计的基本思想和方法、原理。5.培养学生在遇到难题时，会用科学分析和解决问题的方法。6.培养学生的综合设计能力、严谨认真的工作作风和实事求是 的工作态度。1.2设计要求1.2.1 设计题目和技术指标题目名称：彩灯控制器的控制设计技术指标：1.顺序产生：红、绿、红+绿=黄、蓝、红+蓝=紫、 绿+蓝=青、红+绿+蓝=白；

4、2.灯光换时间可调，范围在0.110s。1.2.2 设计功能本次的的课程设计主要实现利用CD4011与CD4518实现使在红、绿及蓝“三基色”灯情况下，顺序产生7种色光第2章 电路结构及工作原理2.1电路方框图通过查阅大量资料，最终确定方案，其方案电路方框图如图2-1所示。时钟倩号CP产生电路 -f.花样控制电跨 -花祥演示电路图 2-1 电路方框图该方案主要由时钟信号CP发生电路、彩灯花样控制电路以及 彩灯演示电路组成具体工作方式如下。2.2时钟发生电路图时钟发生电路主要由555及外围电阻、电容构成。其时钟发生 电路如图2-2所示。图 2-2 时钟发生电路555集成电路在这里除了作定时延时控

5、制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉 冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。555引脚图如图2-3示。图 2-3 555 引脚图555引脚图介绍如下1地GND、2触发、3输出、4复位、5控 制电压、6门限(阈值)、7放电、8电源电压Vcc。由于555芯片工 作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等VDD通过R1和R2对电容C充电， 当Uc1/3VDD时，振荡器输出Vo=1，放电管截止。当Uc充电 到之/3V

6、DD后，振荡器输出Vo翻转成0,此时放电管导通，使放 电端(DIS)接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。当Uc下 降到W1/3VDD后，振荡器输岀接地输出Vo又翻转成1， 此时放电管又截 止， 使放电端(DIS)不接地， 电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，如 此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。脉 冲度TL P.7R2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7(R1+R2)C， 由电容C充电时间决定，脉冲周期T冋H+TL2.3彩灯控制电路彩灯控制电路主要由CD4518芯片组成CD4518是一个双BCD同步加

7、计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。其引脚图 如图2-4所示。图 2-4 CD4518 引脚图CD4518引脚功能管脚功能如下：1CP、2CP:时钟输入端。1CR、2CR:清除端。1EN、2EN:计数允许控制端。1Q01Q3: 计数器输出端。2Q02Q3:计数器输出端。Vdd:正电源。Vss: 地。 CD4518引脚图CD4518是一个同步加计数器，在一个封装 中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为17和915.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚）,4路BCD码信号输出（3脚6脚；11脚14脚）。CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端C

8、P和EN,若用时钟上升沿 触发，信号由CP输入，此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿 触发,信号由EN输入，此时CP端为低吨平（0）,同时复位端Cr也 保持低电平（0）,只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态.否则没办法工作。将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需VDORESET BO3BO2BO1BEtW&LFBCLOCK eCLOCK AET4AELE AQ1AQ2A.O3AQ4ARES5T AVSSZJJ33可可可zlFn要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q4做输出端。有人误将第一级的Q4端 接到第二级的CP

9、端，结果发现计数变成“逢八进一”了。原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN端，高位计数器的CP端接USS，其CD4518在本电路中的真值表如表2-1所示。表 2-1CD4518 真值表CPQ1Q2Q3Q4C0000b)C1000C0100C1100C0010C1010C0110C11102.4彩灯显示电路彩灯显示电路主要由红、绿、蓝三个颜色的LED二极管组成根据逻辑电路所产生的逻辑功能显示不同的闪烁效果。发光 二极管，是一种半导体组件。初时多用作为指示灯、显示发光二 极管板等；随着白光LE

10、D的出现，也被用作照明。具体电路符号 如图2-5所示。I.EDVVLE02-K+R脚归图 2-5 LED 二极管发光二极管（LightEmittingDiode,LED），是一种半导体组件。初时多用作为指示、显示板等；随着白光LED的出现，也被用作照明。它被誉为21世纪的新型光源，具有效率高，寿命长，不易 破损等传统光源无法与之比较的优点。加正向电压时，发光二极 管能发出单色、不连续的光，这是电致发光效应的一种。改变所 采用的半导体材料的化学组成成分，可使发光二极管发出在近紫 外线、可见光或红外线的光。1955年，美国无线电公司（RadioCorporati on ofAmerica） 的鲁宾

11、？布朗石泰（RubinBraunstein） （1922年生）首次发现了砷化傢（GaAs）及其它半导体合金的红外放射作用。1962年，通用电气公司的尼克？何 伦亚克（NickHolonyakJr.）（1928年生）开发出第一种实际应用的 可见光发光二极管。对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝 石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（2p=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激 发后发出黄色光射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射 腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约2

12、00-500nm。LED基片 发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。对于InGaN/YAG白色LED,通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。这种通过蓝光LED得到白光的方法, 构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。第3章整机工作原理3.1整机原理图彩灯控制电路从电路结构上讲主要有三大部分组成：（1）时钟发生电路、（2）彩灯控制电路、（3）彩灯显示电路，其整体电 路原理图如图3-1所示。3.2整机电路原理电路接通电源后由555电路所产生的时钟脉冲去控制同步计 数器CD4518、使其输出

13、不同的逻辑功能、555集成电路内部有几 十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及 缓冲器等VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc1/3VDD时, 振荡器输出Vo=1，放电管截止。当Uc充电到A2/3VDD后，振荡 器输出Vo翻转成0，此时放电管导通，使放电端(DIS)接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。当Uc下降到W1/3VDD后，振 荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端(DIS)不 接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出 端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。脉冲度

14、TLP.7R2C，由电 容C放电时间决定；TH=0.7(R1+R2)C，由电容C充电时间决定， 脉冲周期T呵H+TL。每来一次CP，CD4518就记一次数、所以 输出不同的逻辑功能、从(0000/1111)一共16种逻辑功能、而我 们只用了其中的图 3-1-八个逻辑功能、利用这八种逻辑功能去控制三种 不同的LED彩灯显示出来第4章电路的组装与调试4.1电路的检查将元件摆放在电路板后进行焊接、在焊接完毕后、用眼睛观 看各处的焊接情况、是否有漏焊、焊错的引脚。然后用万用表测 试各芯片电源引脚是否连接在电源的引出线处、然后测试负极是 否也一样连接在地、用万用表的欧姆档测试连接处的导通情况、 以及测试

15、led彩灯的正负极如果都正常、通电后三个led彩灯会亮、 证明电路正常、至此电路检查完毕。4.2电路的调试首先用数字万用表测试各焊接点处的连接情况、都0K后、电路通电、用万用表的电压档分别测试555芯片的8脚、CD4518的16脚、看是否有电压、如果有证明芯片没有损坏、然后用数字 示波器测试555芯片的3脚、看是否有方波、方波的频率可以通 过改变555芯片外围的电容的大小而改变、然后用示波器观看cd4518的输出引脚、如果观看到示波器上有变化的高低电平、那 么电路的调试到此结束。4.2.1 在调试中遇到的困难在调试过程中、我们发现555电路的3脚在示波器上没有显 示、以及彩灯只是亮、没有按预先

16、的设计而改变、经过大量的修 改和不断的改变电路、终于在示波器看到了方波、但是它的频率 是不可改变的、这也就意味着彩灯的闪烁的情况是固定而不可改 变的、所以这可方案仍然不可行、于是我们三个人又开始上网、 翻书籍搜集有关555电路输出频率可调的电路、最终是上天不负 有心人、我们的555输出可调电路终于成功、然而问题又来了、 彩灯仍然只是乱闪烁、没有按照技术指标执行、所以我们又开始 查看有关CD4518芯片的有关技术指标、最终发现了CD4518输 出的变化规律、问题总是接踵而至、彩灯闪烁正常后、在改变频 率时发现彩灯的闪烁变化规律没什么大的变化。理论上是可行的、 而实际却不起作用、我们又陷于了困境经

17、过大量的实验和向老师 请教、我们发现了问题的所在、滑动变阻器在使坏、是它的不稳 定以及小的改变带来了副作用、只要发现了问题就有解决的办法、 于是我们把滑阻去掉用别元器件代替、这样就解决了问题的所在。结论本次课程设计是按照系统原型， 确定实验要求， 然后综合出 系统框图，我与同组人员经过将近两周的努力，终于完成的小学 期的彩灯控制课程设计，过程虽是辛苦的，但从中我却学到了很 多东西。首先巩固了课上学习的理论知识，接下来焊接的过程中遇到 的问题有，电解电容正负接反，开关使用方法不正确焊接虚焊等 等，经过与同组人员讨论，向其他人请教和老师的指导才焊接成 功。整个设计过程最大的收获就是意识到理论知识扎

18、实的重要性, 实践是建立在理论之上的，平时基础知识学的好的同学做起来就 是娴熟。每个人都有他的特长一个人难免有疏漏，只有大家共同 努力才能顺利的完成任务。我们明白了只要我们努力，没有克服 不了的困难。致谢为期三个星期的电子线路课程设计已经结束。经过大家不断的努力以及单老师的耐心指导和热情帮助下，成功的完成了课 设，在此，谢谢各位帮助我的老师。这次课设论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我 的论文指导老师单老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难 题，我最先做的就是向单老师寻求帮助，大家聚一起商量解决的 办法。这三个星期以来单老师给我以精心指导，在此谨向单老师 致以诚挚的谢意和崇高的敬意！感谢在整个课程设计期间和我密切 合作的同学， 和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢!感谢培养教育我的学校，文正的浓厚的学术氛围，舒适的学 习环境我将终生难忘！祝母校蒸蒸日上，永创辉煌！感谢对我倾囊赐教、鞭策鼓励的系诸位师长，诸位恩师的谆 谆训诲我将铭记在心。祝恩师们身体健康，家庭幸福！最后，向所有参加评阅论文的老师们表示诚挚的谢意！谢谢！参考文献1