自动化1005第一组多花样自动切换地彩灯控制器设计10

标准文档学 号： 课程设计题 目学 院

多花样自动切换的彩灯控制器设计自动化学院专业自动化专业班级自动化1005姓名指导教师2012 年 6 月 30 日实用文案标准文档课程设计任务书学生姓名： 王秀英 专业班级： 自动化1005班指导教师： 李波、李彬 工作单位： 自动化学院题 目: 多花样自动切换的彩灯控制器设计初始条件：1．运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2．用到的元件：实验板、电源、连接导线、 74系列芯片、555芯片等。要求完成的主要任务:1． 现有8只彩灯，试设计一控制器，要求彩灯能实现如下追逐图案：2． 第1种花样为彩灯从右到左,然后从左到右逐次点亮 ,全灭全亮,3． 第2种花样为彩灯两边同时亮 1个逐次向中间移动再散开 ;4． 2种花样自动变换,循环往复。时间间隔为 1秒。5． 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。时间安排：第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；第2～4天进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；第5天提交电路图，经审查后领取元器件；第6～8天组装电路并调试，检查错误并提出问题；第9～11天结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；第12～14天补充完成课程设计报告和答辩。指导教师签名：2012年6月25日系主任（或责任教师）签名：2012年6月25日实用文案标准文档目录摘要........................................................................1ABSTRACT....................................................................21设计意义及要求............................................................31.1设计意义.............................................................31.2设计要求.............................................................31.2.1题目............................................................31.2.2初始条件........................................................31.2.3要求完成的主要任务..............................................32设计方案..................................................................42.1设计思路.............................................................42.2方案设计.............................................................42.2.1设计方案一......................................................42.2.2设计方案二......................................................63电路设计..................................................................63.1时钟电路.............................................................73.226种码产生器........................................................73.2.126种码产生器产生电路...........................................73.2.274LS161和74HC154芯片介绍.......................................83.3子计数器............................................................113.4显示模块............................................................123.4.1显示模块电路..................................................123.4.274LS138芯片介绍................................................134调试与检测...............................................................144．1调试中的故障及解决办法.............................................154.2调试与运行结果......................................................155仿真操作步骤及使用说明...................................................155.1各部件说明..........................................................165.2操作说明............................................................16结束语.....................................................................16参考文献...................................................................17附件一.....................................................................18附录二.....................................................................19实用文案标准文档附件三.....................................................................20实用文案标准文档摘要彩灯控制在我们日常生活中十分重要，很多领域都有它的应用。比如霓虹灯的闪烁变换，广告灯的效果，景区装饰灯的变换等。本次课设制作的多花样自动切换的彩灯控制器是其中较简单的，但这仍需要我们的知识的综合运用。本次课设需要设计一个多花样（二花样）自动切换的彩灯控制器。用 555定时器提供周期为1s的时钟脉冲，用两个74LS161和两个74LS154构成5线-32线译码器，使它不断循环产生26种状态，并自动变换。前八种状态通过一个74LS161构成的8进制计数器来控制74LS138译码器来实现彩灯从右往左逐次点亮；第九种到十六种状态通过一个74LS161构成的8进制计数器来控制74LS138译码器来实现彩灯从左往右逐次点亮；第十七和十八种状态通过一个74LS161构成的2进制计数器和一个三态门来控制彩灯全灭和全亮；第十九种到第二十六种状态通过前两个 8进制计数器共同控制两片译码器彩灯两边同时亮 1个逐次向中间移动再散开。经试验验证，所设计的多花样（二花样）自动切换的彩灯控制器能实现两种花样，两种花样循环变换。关键字：二花样、自动变换、时钟脉冲、计算器、译码器实用文案标准文档AbstractLampcontrolisveryimportantinourdailylives,manyareashaveitsapplication.Forexample,neonflashingtransform,theeffectofadvertisinglights,scenicdecorationlightstransform.Thelessonsetformulti-patternautoswitchlanterncontrollerisrelativelysimple,butitstillneedstheintegrateduseofourknowledge.Theclasssetneedtodesignmorethanonepattern(pattern)automaticallyswitchesthelampcontroller.555timercycleoftheclockpulse1sline5-32linesoftwo74LS161andtwo74LS154decodertomakeitcontinuouscycletoproduce26kindsofstate,andautomaticallytransform.Thefirsteighttocontrolthestatusofa74LS161octalcounter74LS138decodertoachievesuccessivelitlanternfromrighttoleft;Theninthof16statescontrolofa74LS161octalcounter74LS138decodertoachievesuccessivelitlanternfromlefttoright;Seventeenthandeighteenthstateofa74LS161binarycounterandathree-stategatetocontrolthethelanternQuanmieandalllight;Speciesof19totwenty-sixstatescontroltwodecoderlanternsonbothsidesatthesametimebrightasuccessivemovetothemiddleandthenspreadthroughthefirsttwooctalcounter.Theexperimentsprovethatthedesignofmulti-pattern(pattern)automaticallyswitchesthelampcontrollertoachievetwotricks,twokindsofpatternlooptransformation.Keywords:pattern,automaticallychangetheclockpulse,calculator,decoder实用文案标准文档设计意义及要求1.1 设计意义彩灯控制器有着十分重要的应用，所以彩灯控制在我们日常生活中十分重要，很多领域都有它的应用。比如霓虹灯的闪烁变换，广告灯的效果等。本次课设制作的多花样自动切换的彩灯控制器是其中较简单的，这不仅需要我们的知识的综合运用，而且锻炼了我们的实际动手操作能力。1.2 设计要求 题目：多花样自动切换的彩灯控制器设计 初始条件：运用所学的模拟电路和数字电路等知识；用到的元件：实验板、电源、连接导线、 74系列芯片、555芯片等。 要求完成的主要任务:现有8只彩灯，试设计一控制器，要求彩灯能实现如下追逐图案：第1种花样为彩灯从右到左,然后从左到右逐次点亮,全灭全亮；第2种花样为彩灯两边同时亮1个逐次向中间移动再散开;2种花样自动变换,循环往复。时间间隔为1秒。实用文案标准文档设计方案2.1 设计思路用一个555定时器来提供时钟脉冲，通过5线-32线译码器中的26种状态来控制多花样自动切换的彩灯控制器的 26种状态，最后由3线-8线译码器来控制 8盏彩灯的亮灭。2.2 方案设计 设计方案一将多花样自动切换的彩灯控制器设计分成四个模块，每一个模块完成一项功能。多花样自动切换的彩灯控制器设计的四个模块分别为时钟电路， 26种码产生器，子计数器，显示模块。设计框图如图 2.1；控制器的真值表如表 2.1所示。时26种子显钟码计示电产生数模路器器块图2.1 系统组成框图输入状态输出状态D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q01000000111111120000110111111300010110111114000111110111150010011110111实用文案标准文档续输入状态输出状态表：D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q060010111111011700110111111018001111111111090100011111110100100111111101110101011111011120101111110111130110011101111140110111011111150111010111111160111101111111171000011111111181000100000000191001001111110201001110111101211010011011011221010111100111231011011100111241011111011011251100010111101261100101111110表2.1控制器真值表由一个555构成时钟电路；由两个74LS161和一个74HC10（三输入与非门）构成26计数器；由两个74HC154和一个非门构成5线-32线译码器；由两片74LS161和两个非门分别构成8计数器；由一片74LS161和非门及一个74LS126（三态门）构成2计数器控制彩灯的全灭和全亮；由两片 74LS138和八盏彩灯构成显示模块。电路图如图附录一实用文案标准文档 设计方案二方案二采用 51单片机，只需要有复位电路，时钟电路，电源电路，单片机就可以正常工作。按图将 LED与单片机连接好，通过编程就可以实现题目的要求。电路图如图2.2所示；大图见附录二；程序见附录三。图2.2 方案二设计图2.3 方案比较方案一是采用数字芯片，它的缺点是比较复杂，使用芯片多，费用大，连线比较麻烦，容易出错，但可以很好的锻炼分析、解决问题的能力和仿真软件的使用。方案二采用单片机实现，它的缺点是单片机有点大材小用，优点是连线简单，所需元件少，可以很好的工作。所以，仿真选择采用数字芯片，实物制作采用单片机。电路设计实用文案标准文档3.1 时钟电路用555定时器构成多谐振荡器，电路输出得到一个周期性的矩形脉冲。ttt

pLR1Cln20.7R1C0.71001034.71060.329spH(R1R2)Cln20.7(R1R2)C0.7(100100)1034.71030.658stpLtpH0.3290.6580.987s1s555芯片管脚如图3.1所示；电路图如图 3.2所示。图3.1555芯片管脚图3.226 种码产生器 种码产生器产生电路用由两个74LS161（U1、U2）和一个74HC10（三输入与非门）构成 26计数器，当U1第一次加到15时，再来一个脉冲信号，U1产生一个进位信号给U2，U1再做加计数器，当U1的32101010时同时U2的32100001时，将U1的Q3Q1和U2的Q0通过一个QQQQQQQQ三输入与非门连接到两片161的清零端，使其重新计数，形成26计数器。由两个74HC154（U5、U6）和一个非门构成5线-32线译码器，输出26种状态。由U2的Q0直接接到第一片154的E2是能端，再通过一个非门接到第二片154的E2使能端，如Q0=0，选择第一片154芯片，来输出前16种状态，此时第二片154停止工作；Q0=1，则相反。电路图如图3.3所示。实用文案标准文档图3.2555定时器 和74HC154芯片介绍74LS161的引脚图和功能表如图 3.4和表3.1所示。引脚介绍：时钟信号，四个数据输入端 P0~P3，清零MR，使能端CEP、CET，置数PE，数据输出端Q0~Q3，进位端TC。当CR＝0（输入低电平），则不管其他输入端（包括CP端）状态如何，四个数据输出端QA、QB、QC、QD全部为零。所以该计数器具有“异步清零”功能。当CR＝1且LD＝0时，时钟脉冲CP上升沿到达，四个数据输出端Q、Q、Q、Q同时ABCD分别接收并行数据输入信号 a、b、c、d，该芯片具有“同步置数”功能。当LD＝CR＝1，CTr＝CTp＝1时，则对计数脉冲CP实现4位同步二进制加计数。当CR＝LD＝1时，只要CTr和ENP中有一个为0，则不管CP状态如何（包括上升沿），计数器所有数据输出都保持原状态不变。因此， CTr和CTp应该为计数控制端，当它们同时为1时，计数器执行正常同步计数功能； 而当它们有一个为 0时，计数器执行保持功能。74HC154的引脚图和功能表如图 3.5和表3.2所示实用文案标准文档图3.474LS161引脚图Vcc QCC Q0 Q1 Q2 Q3 CTr LD16 15 14 13 12 11 10 98QCC Q0 Q1 Q2 Q3 ErCR LDCP D0 D1 D2 D3 EP12345678CRCPD01D2D3CTP地D图3.326种码产生器输入输出CRCPLDCTrCTpD3D2D1D0Q3Q2Q1Q000000实用文案标准文档10dcbadcba110Q3Q2Q1Q0110Q3Q2Q1Q01111状态码加1表3.174LS161功能表图3.574HC154的引脚图引脚介绍： 1-1113-17 ：输出端。18-19：使能输入端、低电平有效 。20-23地址输入端(addressinputs)74HC154是一款高速 CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基 TTL（LSTTL）系列。74HC154译码器可接受 4位高有效二进制地址输入，并提供 16个互斥的低有效输出。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。任选一个使能输入端作为数据输入， 74HC154可充当一个1-16的多路分配器。当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。输入 输出E1 E2 A3 A2 A1 A0L L L L L L y0实用文案标准文档LLLLLHy1LLLLHLy2LLLLHHy3LLLHLLy4LLLHLHy5LLLHHLy6LLLHHHy7LLHLLLy8LLHLLHy9LLHLHLy10LLHLHHy11LLHHLLy12LLHHLHy13LLHHHLy14LLHHHHy15H NONEH NONE表3.274HC154功能表3.3 子计数器将26种码的前8种通过与门和与非门合并成一个信号输出，只要是其中的一个信号，就输出为1，将这一个信号作为74LS161（U11）的使能信号；同理，第9到16种码合并成一个信号作为74LS161（U80）的使能信号；第17和18种码合并成一个信号作为74LS161（）的使能信号；U11和U80是8进制计数器，当Q3Q2Q1Q01000时，Q的信号通过U133一个非门反馈到清零端，是计数器重新计数；U13是二进制计数器，当Q3Q2Q1Q00010时，Q3的信号通过一个非门反馈到清零端，是计数器重新计数。第19到26种码合并成一个信号，通过或门接到U11和U80的使能端，即如是第19到26种码，则U11和U80同时工作。电路图如图3.6所示。实用文案标准文档图3.6子计数器3.4 显示模块 显示模块电路第一片74LS138（U16）的E1使能端与子计数器中的第一片 74LS161，即U11的使能端并联，所以当U11工作时，带动U16工作。U11的Q2Q1Q0分别接到U16的CBA上，于是第1到第8的码通过它们使灯从右往左逐次点亮。当 U11不工作时，E1=0，U16输出全为1，通过与门对彩灯亮灭没影响。同理，第二片 74LS138（U17）的E1使能端与子计数器中的第二片74LS161，即U80的使能端并联，U80的Q2Q1Q0分别接到U17的CBA上，于是第9到第16的码通过它们使灯从左往右逐次点亮。第三片 161的使能端和一个三态门的使能端实用文案标准文档并联，通过使能信号来控制第 17和18种码。当输入的是第17种码，第三片161工作，Q0=0，通过非门和三态门输出为 1，把它直接接到八盏彩灯前面的与门，则与门输出为 1，所以八盏彩灯全灭。当输入的是第 18种码，第三片 161工作，Q0=1，通过非门和三态门输出为0，把它直接接到八盏彩灯前面的与门，则与门输出为 0，所以八盏彩灯全亮。当输入的是第19到26种状态时，第一片161（U11）和第二片161（U80）同时工作，彩灯两边同时亮1个逐次向中间移动再散开。如是第19种状态，U11控制第8盏灯亮，同时U80控制第1盏灯亮，就是两边同时亮一个灯，如此类推，效果就是灯逐次向中间移动再散开。电路图如图3.7所示。图3.7显示电路 芯片介绍74LS138的引脚图和功能表如图 3.8和表3.3所示。实用文案标准文档图3.674LS138的引脚图输入输出E3E2E1A2A1A0y0y1y2y3y4y5y6y701111111111111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110表3.374LS138的功能表引脚介绍：A2A1A0数据输入端，E3E2E1使能端， Y0~Y7数据输出端当一个选通端（ E3）为高电平，另两个选通端（ E2、E1）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在 Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。调试与检测实用文案标准文档4．1调试中的故障及解决办法方案一调试现象：按照电路图，在Proteus上连好电路，点击仿真按钮，前8种状态，D1一直都亮着，后面 8种状态D8一直亮着。全灭和全亮的顺序反了，变成了全亮在全灭。解决办法：因为开始设计是，两片 74LS138的使能端都是正常接线，需接高的就接了高电平，需接低的就接低电平，没有与相应的子计数器中的 74LS161的使能端相连 ，而且第三片161没有接非门，所以当输入前 8种状态时，第二片 161的Q3Q2Q1Q0=0000，即第二片138的CBA=000时，输出状态Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0=11111110，所以D1一直都亮着。同理输入后面8种状态时，第一片161的Q3Q2Q1Q0=0000，第一片138的CBA=000时，输出状态Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0=11111110，所以D8一直都亮着。将两片138的E1接到相应的161的使能端上，输入前8种状态时，第二片161和第二片138都不使能，输出状态Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0=11111111，所以D1就不会一直都亮着。同理，D8也不是一直都亮着。全灭和全亮的顺序饭了，是因为第三片 161的Q0=0，通过三态门直接接到灯上，所以灯全亮，Q0=1，灯全灭。在第三片161的Q0接一个非门，全灭和全亮的顺序就会恢复正常。方案二中焊接好电路板后，将下载好的程序输入单片机中，花样变化正常，但是每个状态变化的时间不是预定值 1s。检查电路发现电路没问题，是因为时间是由单片机定时器控制的，所以将程序中定时器的参数值改变后在调试，发现彩灯按要求正常工作。4.2 调试与运行结果改进电路后，运行结果正常，八盏彩灯从右到左,然后从左到右逐次点亮,全灭全亮（顺序为：D8、D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8逐个亮，然后全灭，再全亮）；之后彩灯两边同时亮 1个逐次向中间移动再散开（顺序为：D1D8、D2D7、D3D6、D4D5、D4D5、D3D6、D2D7、D1D8逐次亮）; 2种花样自动变换,循环往复。时间间隔为1秒。仿真操作步骤及使用说明实用文案标准文档5.1 各部件说明U3是555定时器，提供T=1s的时钟周期；U1，U2，U4：A是26进制计数器；U5，U6，U7：A、B，U9：A、B，U10：A、B是5线-32线译码器；U11，U12，U13分别是8,8,2进制计数器；U16，U17是3线-8线译码器；D1~D8是八盏彩灯。D0为左边第一盏灯，以此类推， D8为右边第一盏灯。5.2 操作说明点击仿真按键：八盏彩灯从右到左,然后从左到右逐次点亮,全灭全亮（顺序为：D8、D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8逐个亮，然后全灭，再全亮）；之后彩灯两边同时亮1个逐次向中间移动再散开（顺序为：D1D8、D2D7、D3D6、D4D5、D4D5、D3D6、D2D7、D1D8逐次亮）;2种花样自动变换,循环往复。时间间隔为1秒。结束语实用文案标准文档本次课程设计需要对题目的分析，将