彩灯控制器的设计

课程设计说明书课程设计名称电子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：xxxx学号：xxxxxxxx姓名： xxxxxx评分：教师： xxxx2010年9月12日摘要：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电路简单、取材容易。即使不懂电子技术，只要按图连接，亦能制作成功。。本次课程设计了一种以555、74LS74等为主要元器件的四花样彩灯控制器。通过八位右移寄存器74LS164实现八个彩灯的向右移动，时钟信号由两个555产生，当彩灯完成一种花样时，双D触发器74LS74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，四种花样不断循环。关键词：四花样控制器、555双谐振荡器、数据选择器、自动循环目录•亠、亠TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 01\o"CurrentDocument"第一章 设计要求 02\o"CurrentDocument"第二章 系统组成及工作原理 03\o"CurrentDocument"系统组成框图 03\o"CurrentDocument"2.2工作原理分析 03\o"CurrentDocument"第三章电路图设计 053.1电路方案设计 05\o"CurrentDocument"3.2方案比较 05\o"CurrentDocument"第四章单元电路设计与计算 07\o"CurrentDocument"4.1时钟脉冲产生电路 07\o"CurrentDocument"四种码产生电路 084.3彩灯开关电路 09\o"CurrentDocument"4.4花样输出电路 10\o"CurrentDocument"4.5各芯片管脚图 11\o"CurrentDocument"第五章实验、调试及测试结果分析 13\o"CurrentDocument"5.1调试及分析 13\o"CurrentDocument"第六章结论 14\o"CurrentDocument"心得与体会 15\o"CurrentDocument"参考文献 16\o"CurrentDocument"附录 171PCB版图 172实物图 18前言数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用，逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能、555定时器等。随着计算机科学与技术的飞速发展用数字电路进行信号的处理的优势也更加突出。为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，通常先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换未响应的模拟信号输出。自20世纪70年代开始，这种数字电路处理模拟信号的所谓数字化浪潮已经席卷了电子技术几乎所有的应用领域。本次设计正是利用数字电子技术,实现对彩灯的遥控，彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，价格便宜，生产简单，故本次设计具有很好的使用价值整个电路的设计借助于multisim仿真软件，在multisim下设计和进行仿真，得到了预期的结果。第一章设计要求设计课题及要求课题：四花样彩灯控制器基本要求：设计一四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现彩灯一亮一灭,从左向右移动；彩灯两亮两灭，从左向右移动；四亮四灭，从左向右移动从1〜8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭；四种花样自动变换。主要参考元器：555定时器、双D触发器74LS74、双4选l数据选择器74LS153、单向移位寄存器74LSl64、4位2进制计数器74LS93第二章系统组成及工作原理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,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可由六个模块组成。设计框图如图2.1所示：由两个555构成两个振荡器，其产生的时钟分别控制模十六计数器、移位寄存器和双D触发器。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。调节多谐振荡器的电阻可以改变振荡频率，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“01”时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；为“11”时数据选择器输出1111111100000000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，于是出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。第三章电路方案设计电路图设计将各单元电路组织起来就得到了系统电路图，如图2所示：Di-^041N4001BGr-BGaTLC336A如图2本电路图设计简单、结构清晰，可分为四种码产生电路、开关电路、输出电路和时钟电路这四个模块。四种码产生电路由模十六计数器构成，开关电路由双D触发器和数据选择器构成，输出电路由移位寄存器和彩灯构成，时钟电路由两个555构成。通过改变多谐振荡器的电阻可改变彩灯流动的速度和各花样持续的时间，实现了彩灯花样的动态变化，增强了控制器的灵活性。方案比较方案1：用模十六计数器的输出端的最高位QD作为双D触发器的时钟，可以少用一个555定时器。计数器每计八个数，QD由低电平变为高电平，双D触发器的状态改变，四选一数据选择器74LS153选择下一种码输出，彩灯变为另一种花样，以后四种花样循环改变。如果按此方案连接电路，彩灯无法完成第四种花样（依次点亮，依次熄灭），只能完成一半，依次点亮或依次熄灭，部分实现了设计要求，所以不采用。方案2：由555接成多谐振荡器由4位2进制计数器74LS93接成16进制计数器，其4个输出端可分别输出对计数脉冲的2、4、8、16分频信号。双D触发器74LS74接成两位2进制加法计数器。双4选l数据选择器74LS153。单向移位寄存器74LS164是产生移动灯光信号的核心器件。驱动电路用8只三极管组成8路射随器作缓冲放大，去触发作电流开关的8只双向可控硅，以控制彩灯发光。电路的十5V电源由220V/9V变压器降压，经D1—D4桥式整流，7805稳压后给控制电路供电。从第一个555的3脚出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到74LS93的14脚；另一路作为移位时钟脉冲加到74LS164的8脚。调节RWl改变555的振荡频率，可以改变灯光的移动速度，以得到不同的动态效果。第二个555、74LS74、74LS153共同组成了一个电子开关。第二个555输出的计数脉冲经74LS74两位二进制计数，在74LS74的两个输出端共可得到“00”~“11”4个逻辑状态。这4个状态作为74LS153的4个数据通道选择信号，对应从74LS93输送到74LS153的QA、QB、QC、QD4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74LS74输出为“00”时，选通74LS153的6脚；为“01”时，选通74LS153的5脚。调节RW2改变第二个555的输出脉冲周期，可以改变开关的切换时间，用以选择每种花样出现时间的长短。从74LS153第7脚输出的数据信号送到74LS164的输入端，在时钟脉冲作用下，数据在74LS164的8位并行输出端从Q0一Q7顺序移动。这一移动的8位控制信号经功率驱动电路去推动8路彩灯，就出现了8路4花样自动循环切换的流水彩灯。经过比较选用第二种方案。

第四章单元电路设计与计算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,其周期为:T=0.7(R1+2R2)C„„„„„„„„„(4-1)要用两个555产生两个时钟脉冲,一个控制74LS164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：Rl=30KQ,R2=100KQ,C2=0.1uf,Cl=10uf由公式(4-1)计算得：T=0.0161S电路图如图4.1所示:VCC5VR1r-%Vv图4.1时钟电路R5TDI&t图4.1时钟电路R5TDI&tTHETRI555CD!GND器的20倍个555应生的矢,改变R1、蒔脉I冲控制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数的阻值即可，可设为:R1=30KQR2=2MQ,C2=0.1p',c1=47uf由公式(4-1R1=30KQT=0.2821S

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4-1所示：表4-1四种码花样状态要求周期（位）码1一亮一灭，从左向右移动8100000002两亮两火，从左向右移动8110000003四亮四灭，从左向右移动8111100004从1〜8从00左到右逐次点亮,然后逐次熄灭161111111100000000要产生这四种码，可由由4位2进制计数器74LS93接成的16进制计数器产生，该十六进制计数器的真值表如表4-2所示表4-2计数器真值表序号原状态[S(t)]Q4Q3Q2Q1次态[N(t)]Q4Q3Q2Q1输出Z1Z2Z3Z400000000101111000100100011200100011001130011010000014010001010001501010110000160110011100017011110001110810001001011091001101000101010101011001011101111000000

12110011010000131101111000001411101111000015111100001111四种码产生电路如图4.2所示：4.3彩Qa图・QnMl血彩灯开关电百丄jja4：DODJ424.3彩Qa图・QnMl血彩灯开关电百丄jja4：DODJ42四种码产生a1ist路四花「样的自动使双D触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端,IfF产生00、01、10、11这四钟循环的状态，从而使选择器循环的选择一种码输出，羔现彩灯的四花样循环。开关电路图如图4.3所示：要实输出Z1、双D触发Z2、器能Z3转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地DODl1)2PS图4.3开关电路令Q1Q2=AB，74LS153数据选择器的功能表如表4-3所示表4-3数据选择器功能表B(Q2)A(Q1)Y00Z110Z311Z401Z200Z1由表4-3可知，数据选择器的地址输入端A、B循环转变，输出端Y循环选择四种码Zl、Z2、Z3、Z4输出，使彩灯的四花样自动循环改变。4.4花样输出电路输出电路由八位移位寄存器74LS164、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10000000时，清零后在移位脉冲CP的作用下，寄存器数码移动情况如表4-4所示：表4-4寄存器数码移动情况表CPRiQAQBQCQDQEQFQGQH111000000020010000003000100000400001000050000010006000000100

70000000108000000001由表4-4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，寄存器的数码同理移动，彩灯依次点亮。4.5各芯片管脚图双四选一数据选择器74LS153,芯片管脚图如图4.4(a)所示：4位2进制计数器74LS93，芯片管脚图如图4.4(b)所示：CPi QiQ+&hdQiQjCPi QiQ+&hdQiQj(a)(b)图4.474LS153和74LS93管脚图5.74LS74芯片管脚图1/R1D1CP1/S1Q1/Q3NDvcc2/R2D2CP2/S2Q2/Q74LS74第五章实验、调试及测试结果分析调试及分析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。调试中出现的故障、原因及排除方法：(1)彩灯都没亮：经检查发现原因是555不能起振，改变多谐振荡器的电阻，经计算决定在第一个振荡器增加1M的电阻，第二个振荡器增加10M的电阻。(2)调试时须按住74LS164的8管脚，彩灯才亮，放开灯灭。经分析得出结论：芯片74LS164坏了。更换后彩灯正常发亮。第六章结论设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练掌握。设计电路时，将总体的功能分成若干个部分来实现，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，设计比较，从各种图中提取所需。焊接时学到了好多，如如何