循环彩灯控制器课程设计报告

-...-可修遍-.摘要这次课程设计通过对彩灯的设计，训练对数字电子技术容的应用能力，掌握对电子产品设计的流程以及各种要求。彩灯技术已广泛得在霓虹灯、广告彩灯、汽车车灯等领域中应用。动态霓虹灯应该聚而不散、不能为了追求"跳跃〞而给人凌乱的感觉，不管采用何种色彩，何种图案，都应该有顺序地渐变和跳跃，给受众一种秩序感，主次感、并便于受众顺着有规律的节奏接着看第二次、第三次。在设计制作时，既要给人以变幻的吸引力，又要主次清楚，没有色彩和图案紊乱的感觉。变换、闪烁、跳跃式的霓虹灯为营造欢乐、多姿多彩的生活正越来越受到人们的重视。近年来，由于集成电路的迅速开展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。再设计中更多的使用中规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简洁，而且能提高电路的稳定性，降低本钱。因此用集成电路来实现个更多更复杂的器件功能那么成为必然。这次的课程设计用NE555，74LS194来实现彩灯循环的控制。关键词NE55574LS194..-可修遍-.目录TOC\o"1-3"\h\u14124摘要 I106711绪论 163521.1工程研究的背景与意义140601.2彩灯控制系统研究的意义1215341.3国外研究发现展2263912设计题目：简易彩灯循环控制器3151392.1设计主要容及要求3213823系统设计 4231583.1概述4277223.1.1彩灯信号输出局部 4158883.1.2双向移位存放器74LS194的原理详解 45784硬件调试 7219484.1芯片引脚及功能740764.1.1芯片NE5557258244.1.2芯片74LS194847554.2发光二极管9167895单元电路设计10324895.1555定时电路组成的多谐振荡电路后的示意图10204355.2由74LS194组成的单组控制电路1167595.3电路总图12211795.4实物图13115136硬件调试 1438356.1调试步骤 14264816.1.2接通电源观察14124306.1.3工作开关断开的情况下的调试14132876.1.4工作开关闭合的情况下的调试1419260总结1510451致1620027参考文献1726788附录1 1827125总电路图 1825359附录2 1929838元件清单 19..-可修遍-.1绪论1.1工程研究的背景与意义近年来，由于集成电路的迅速开展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。再设计中更多的使用中规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简洁，而且能提高电路的稳定性，降低本钱。因此用集成电路来实现个更多更复杂的器件功能那么成为必然。19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。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流水灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低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。为了追求"跳跃〞而给人凌乱的感觉，不管采用何种色彩，何种图案，都应该有顺序地渐变和跳跃，给受众一种秩序感，主次感、并便于受众顺着有规律的节奏接着看第二次、第三次。在设计制作时，既要给人以变幻的吸引力，又要主次清楚，没有色彩和图案紊乱的感觉。变换、闪烁、跳跃式的霓虹灯为促进销售，为营造欢乐、多姿多彩的生活正越来越受到人们的重视与欢送。1.2彩灯控制系统研究的意义利用控制电路可使彩灯按一定的规律不变的改变状态，不仅可以获得良好的欣赏效果，而且可以省电〔与全部彩灯始终全亮相比〕。近年来，随着人们生活水平的较大提高，不光是对各种各样的生活电器的需要，也开场在环境的优雅方面有了更高的要求。比方日光灯已不能满足于我们的需要，彩灯的运用已经遍布人们的生活，从歌舞厅到卡拉OK包房，从节日的祝贺到日常生活中的点缀，这些不仅说明了我们对生活的要求有了质的飞跃，也说明科技在现实运用中有了较大的开展，在这一设计中我们将涉及有关彩灯控制器的设计，从原理上，是我们对这一设计有所了解，将其确实的与我们联系起来。根据市场需求的调查显示，许多商业广告、公益广告、娱乐场所等，大多采用循环彩灯控制器的形式。它们通过巧妙构思与创作，做到广告、彩灯等作品色彩鲜艳，富有创意，变化形式丰富，起着宣传和美化环境的作用，营造文明亮丽气氛，总体来说彩灯控制电路运用极其广泛1.3国外研究发现展查阅相关资料可知，国外现今彩灯循环控制主要由以下方法：采用单片机或DSP控制，单片机与DSP在通信、信号处理、自动化等诸多领域有着极其广泛的应用。对单片机或DSP芯片编写程序来实现对彩灯的控制，具有控制方便灵活，显示多种多样，外围电路少等优点。采用CPLD或FPGA控制。CPLD与FPGA均是基于硬件描述语言的编程，具有单片机和DSP处理器一样的优点，但实现本钱相对较高。采用数字集成电路，由于集成度高、功能强大、所需器件少、本钱低等诸多优点，所以集成电路在各种电子设备中得到了非常广泛的应用。2设计题目：简易彩灯循环控制器2.1设计主要容及要求1〕简要说明设计简易彩灯循环控制器，此控制器实现彩灯点亮的一些动态效果。设置红绿黄3种颜色灯为一组，共9组。2〕任务和要求(1)彩灯自左到右渐亮至全亮；(2)彩灯自左到右渐灭至全灭；(3)彩灯自右到左渐亮至全亮；(4)彩灯自右到左渐灭至全灭；(5)彩灯全亮与彩灯全灭；(6)每个灯循环亮，0.5s跑一次；(7)按颜色循环，全部红亮，一次绿和黄，时间间隔5s；(8)写出设计步骤，画出最简的逻辑电路图；(9)对设计的电路进展仿真、修改，使仿真结果到达设计要求；(10)安装并测试电路的逻辑功能。3〕训练目标熟练使用proteus软件仿真，具备数字电子技术制作初步能力，通过完本钱课题的硬件设计，使同学们了解数字电路整个开发流程。3系统设计3.1概述3.1.1彩灯信号输出局部为实现27路彩灯输出，本案例选用9块集成电路译码器74194进展控制信号的输出。图3.1彩灯信号输出局部每个74194输出一组彩灯红、绿、黄，将Q3接到下一个芯片的2脚即SR端，将Q1接到上一个芯片的7脚即SL端。3.1.2双向移位存放器74LS194的原理详解本案中采用了九块集成电路双向移位存放器74LS194，用以九组彩灯进展控制，到达实现多种亮法的目的。图3.274LS194引脚图图3.274LS194功能表MR：数据清零端，低电平有效D0~D3：并行数据输入端Q0~Q3：数据输出端SR：右移串行数据输入端SL:左移串行数据输入端S0~S1:运行方式控制S0=S1=1：数据并行输入S1=0,S0=1:数据右移输入S1=1,S0=0：数据左移输入S1=S0=0:存放器处于保持状态CLK：时钟脉冲输入端，上升沿有效由此可见：74HC194具有并行输入，串行左移输入，串行右移输入。使用时只要将MR处于高电平，然后选择控制方式,如果要选用并行输入，将S0,S1分别置1，然后给D3~D0数据，给CP一个上升沿，这样数据就被写到了输出端Q3~Q0了。CP相当于一个锁存信号控制，给一个上升沿，输出与输入同步，不给上升沿，输出保持。如果要选用串行左移输入，只要将S0=0，S1=1，然后给SR数据a，之后CP输出一个上升沿，就写入一个SR到D0，接着给SR数据b，CP输出一个上升沿，这样数据b又写入了D0，D0的值给了D1，这样依次移位。到达串行输入的目的。如果输出数据要取消的话可以用MR置0的方式。4硬件调试4.1芯片引脚及功能4.1.1芯片NE555图4.1NE555引脚图引脚说明：1脚〔GND〕是接地端；2脚〔TR)称为触发器；3脚〔VO)是输出端，它有0和1两种状态；4脚〔MR)是复位端，加上低电平时可是输出为低电平；5脚〔VC〕是控制电压端，可用它改变上下触发电平值；6脚〔TH)称阈值端；7脚〔DIS〕是放电端，他是部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由放电端的状态决定；8脚〔VCC)是电源端。输入输出0XX0导通10导通1不变不变11截止11截止图4.2NE555逻辑功能表本次设计通过使用555多谐振荡器完成信号的输入和时钟脉冲，第一个震荡出10HZ频率的脉冲用来当做整个设计的时钟脉冲即CP，第二个用可调占空比的多谐振荡器产生周期为5秒的方波用来输入74LS194的SR脚和SL脚控制的灯亮和灯灭，保证27个彩灯渐亮到全亮，渐灭到全灭。4.1.2芯片74LS194把移位存放器的输出反应到它的串行输入端，就可进展循环移位，如下图，把输出端Q0和右移串行输入端Sr相连接，设初始状为0000，那么在时钟脉冲作用下，将一次变为1000，再变为0100，之后0010，最后0001，可见它是一个具有四种有效状态的计数器，这种类型的计数器通常称为环形计数器，该图电路可由各个输出端输出时间上的先后顺序的脉冲，因此也可成为顺序脉冲发生器。图4.374LS194构成8位移位存放器4.2发光二极管发光二极管是半导体二极管中的一种，可以把电能转化成光能，常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和自N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，那么发出的光的波长越短，常用的是发红光，绿光或黄光的二极管。图4.4发光二极管5单元电路设计5.1555定时电路组成的多谐振荡电路后的示意图图5.1555产生连续时钟脉冲信号电路n图5.2555可调占空比电路5.2由74LS194组成的单组控制电路图5.3单个移位存放器仿真图图4.2为在仿真软件Proteus中进展仿真的示意图，脉冲信号为时钟脉冲信号。如图S1S0都为低电平时处于保持状态。S1S0=01实现右移位S1S0=10实现左移动S1S0=00实现保持功能S1S0=11实现置数功能5.3电路总图图5.4总体电路图从电路图的设计，工程编译，拟真，至最后的下载运行，本案成功地到达了课设的要求。本案可现实四种彩灯亮法，该四种方法用两个开关INPUT1和2控制：〔1〕00状态下：输出保持状态，即保持全亮全灭；〔2〕01状态下：从右向左依次亮到全亮，在依次灭到全灭；〔3〕11状态下：从左向右依次亮到全亮，在依次灭到全灭；〔4〕10状态下：16路彩灯连续闪烁；〔5〕电路具有总开关"EN〞，置1工作；〔6〕电路具有清零开关CLEAR。5.4实物图6硬件调试6.1调试步骤6.1.1检查电路.对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或短接，然后检查各芯片是否安装结实，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现象。接通电源观察在做好第一步的根底上进展下一步。接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，按第一步重新检查电路对出现事故的电路局部进展着重的检查，直至发现并排除错误。工作开关断开的情况下的调试当第二步完成后，在断开开关的情况下用一个发光二极管检测脉冲信号的输出，各芯片的初始输出是否正确，如果存在问题，查找出原因并解决。工作开关闭合的情况下的调试闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试完毕后观察调试后的结果是否符合设计要求。总结课程设计刚开场时，拿着选定的题目不知如何入手。毕竟课程设计不同于实验课，电路图和程序都要自己设计。静下心来，仔细分析题目，再加上指导教师的说明与提示和同组成员的帮助，心中才有了谱。将整个系统根据不同的功能划分成模块，在分别进展设计，逐个攻破，最后将其整合即可。层次概念对于设计复杂的数字系统是非常有用的，它使得我们可以从简单的单元入手，逐渐构成庞大而复杂的系统。实验说明，此设计方法能够满足不同把戏的变化要求，但是实验中也出现了一些不熟练的操作问题和一些复杂的程序的不能完全理解都需要我在平时多学习，进一步完善自己。在课设中经常遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或教师是很好的做法，节省时间也会从别人身上学到很多。在教师的合理安排和悉心指导下，我按时完成了课程设计的题目。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思路，其他人的设计一定有比你出色的地方。通过这次课程设计，使我受益颇多。我通过查阅大量的资料，和同学交流经历，向老并师请教，使自己收获颇多，不但懂得了设计的原理和方案，还可以让我在这次的设计中知道了许多我以前不懂的地方，知道每一项的成就都不是那么容易的，每个成功的人后面必定会付出了比我们想象的更多的辛劳，所以，在今后的日子里，我将会将我懂得的很多道理应用到实际生活中去，那么将会更加培养了我的能力，无论是在哪些方面。也了解到课程实习设计是开端，是关键，测试时必须。即稳固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此根底上学习了数字系统设计的根本思想和方法，学会了科学的分析实际问题，通过查资料及请教教师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的态度。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，也使我对抽象的理论有了具体的认识。同时又是一门讲道课，一门辩思课，让我深刻的认识到，面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，才能成功。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到"艰辛奋斗〞这一词的真正含义，我才意识到