课程设计论文简易彩灯控制器电路.doc

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1、简易彩灯控制器电路简易彩灯控制器电路摘要在现实生活中，大家都见过霓虹灯，它们闪烁着不同颜色的光，变换着不同的花型，在夜晚很是好看。它是一种很好的照明娱乐工具。本次设计就是采用电子元件制作的一个简易的具有四种变换花型的彩灯。 本电路系统由四部分组成，分别是：由555多谐振荡器构成的时钟产生电路，让电路产生周期性的矩形脉冲；由四选一选择器74LS153和555构成的彩灯开关电路；由八位寄存器74LS164，八个彩灯和八个驱动电阻构成的数据输出电路；由74LS161够成的四种码产生电路。它们是基于74系列简单逻辑门电路的组合，实现简易电子彩灯控制器电路，具有电路设计简单，成本低廉的特点。关键词：彩灯

2、 ，十六计数器，时钟电路，二进制计数，四种码第一章 系统框图及其工作原理第一节 系统组成分析框图 此简易彩灯控制电路要求能够控制8个以上的彩灯，并且能组成四种以上的花环，每种花环连续循环两次，各种花环轮流显示。于是我们可以把四花环彩灯设计分为几个独立的模块进行设计，每一模块有自己特定的功能，然后再把他们组织成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可分为四个模块，它们分别为：产生电路、开关电路、数据输出电路、时钟电路。 时钟电路是由两个555计时器构成，产生电路是由十六计数器和组合逻辑门构成，开关电路是由双D触发器、延时器和数据选择器构成，输出电路是由移位寄存器和八个彩灯构成，一个时钟控制十六计数器

3、和移位寄存器，另一个时钟控制双D触发器。如下图：分频计数器数据选择器移位寄存器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器开关电路输 出图1.1 系统组成框图第二节 工作原理及其分析 多谐振荡器、双D触发器、数据选择器和延时器共同组成一个电子开关。多谐振荡器输出的计数脉冲一路直接经双D触发器两位二进制计数器（IC4），在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑态，另一种经过延时器，再输入到双D触发器两位二进制计数器（IC4B），同样再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，对应从十六计数器输出送到数据选择器的QA、QB、QC、QD四个分频

4、信号。起作用相当于一个受控的一刀四位开关。因延时器是作用，IC4B的四种逻辑状态信号再IC4同一花形输出完后输出，从而实现每种花环连续循环两次，当双D触发器输出为00时，数据选择器输出10000000序列脉冲，分为八分频信号，实现花环一；为10时，数据选择器输出器输出11000000序列脉冲，为八分频信号，实现花环二；为01时数据选择去输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花环三；为11时，数据选择器输出1111111100000000序列脉冲，为十六分频信号，实现花环四。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环出现时间的长短。 数据选择器的输出端

5、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，就出现了八路四种花环自动切换的流水彩灯。第二章 单元电路设计第一节 时钟产生电路 用555计时器构成多谐震荡器，电路便得到一个周期性的矩形脉冲。另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换。接通电源后，电容C1被充电，当VC上升到2/3VCC时，使VO为低电平，同时放电三极管T接通，此时电容C通过R1和Rb2和T放电，VC下降到1/3VCC时，VO翻转为高电平。电容器C充电所需时间为; Tpl = R2C ln2 0.7RC1当放电时间结束后，T截止，VC

6、C将通过R R 向电容C充电，VC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的时间为： Tpl =(RA+RB)C ln0.7(RA+RB)C当VC上升到23VCC时，电路由高电平翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端得到一个周期性的矩形波。其中： f = 1/(tpl+tph)=1.43/(RA+RB)C电路图如下图图2-1时钟产生电路第二节 四种码产生电路 根据彩灯要实现四种花环的，所以要用二进制计数，其电路要产生的四种码为：表2-1四种码表格分类花样状态要求周期码1一亮一灭，从左向右移动8100000002两亮两灭，从左向右移动8110000003四亮四灭，从左向右移动8111100

7、004从18从00左到右逐次点亮，然后逐次息灭161111111100000000序列原状态S(t)Q4 Q3 Q2 Q1次态N(t)Q4 Q3 Q2 Q1输出Z1Z2Z3Z400 0 0 00 0 0 1011110 0 0 10 0 1 0001120 0 1 00 0 1 1001130 0 1 10 1 0 0000140 1 0 00 1 0 1000150 1 0 10 1 1 0000160 1 1 00 1 1 1000170 1 1 11 0 0 0111081 0 0 01 0 0 1011091 0 0 11 0 1 00010101 0 1 01 0 1 1 00101

8、11 0 1 11 1 0 00000121 1 0 01 1 0 10000131 1 0 11 1 1 00000141 1 1 01 1 1 10000151 1 1 10 0 0 01111四种码产生电路真值表为表2-2四种码真值表由表分析可得：Z1=Q3Q2Q1 Z2=Q3Q2 Z3=Q3 Z4=Q4所以四种码产生电路图如下：图2-2四种码产生电路第三节 彩灯开关电路 要实现彩灯四花环自动转换，就要使四选一选择器74LS153循环的输出Z1、Z2、Z3、Z4。使双D触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端，双D触发器能产生00、01、10、11这四种花环循环状态，从而选择器循环的选

9、择一种码输出，实现彩灯的四种花环循环。其开关电路如下图所示：图2-3彩灯开关电路第四节 花环输出电路 路由八位移位器寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成。寄存器的数据输入端输入接收开关电路输出的四种码，这四种码再移位器的八位并行输出端从QA向QH移动，输出四种彩灯花环。本设计选择下列四种花形：花形I由两边向中间对称地依次点亮，全部点亮后，仍由两边向中间依次熄灭。花形II8路灯分两半，从右至左顺次点亮，再顺次熄灭。花形III8路灯分两半，从左至右顺次点亮，再顺次熄灭。花形IV由中间向两边对称地依次点亮，全部点亮后，仍由中间向两边依次熄灭。第五节 各个芯片的管脚图1. 十六计数器74L

10、S161芯片管脚图如图(a)所示：2. 双四选一数据选择器74LS153芯片管脚图如图(b)所示：374LS93管脚排列图如图（C）所示：4. 74LS164管脚排列图如图（d）所示（a） 74LS161管脚排列图（b）74LS153管脚排列图(c)74LS93管脚排列图(d) 74LS164管脚排列图图2-4管脚排列图第三章 电路图设计方案第一节 简易彩灯控制器电路图设计 将各单元电路组织起来就得到了系统电路图，如下图：本电路设计稍微简单、结构清晰。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。四种码产生电路有十六计数器和组合逻辑门构成，开关电路由双D触发器和数据选择器构成，输

11、出电路由移位寄存器和彩灯构成，时钟电路是由两个555构成。图3-1简易彩灯控制器电路- 16 -第四章 自己所得的收获 这一周的课程设计，在曹老师的指导下，我收获很多很多，不仅加深了对书上及老师所讲的知识的理解，而且还扩展了我的思维能力和创造设计能力。在这次电路的学习和研究中我学到了许多在书上学不到的东西。 我们知道，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，Pro

12、tel软件制图，整理资料。 另外，从这次课程设计中，我还发现了自己的许多不足，如对课本知识的疏忽和理解不透彻，以前只注重理论知识的学习，认为只要理论知识学好就可以了，但这次课程设计实习后我深深地体会到自己学的东西是多么的少，只学习理论知识是远远不够的，他只是一部分，还要理论联系实际，在实践中运用才是最重要的，同时在实践在加以运用也是我们的目的，所以在以后的学习中，我要更加好好学习基础知识和基本技能，并与实践相结合，为以后的学习工作打好良好的基础。参考文献1李银华. 电子线路设计指导. 北京航空航天大学出版社，2005,62康华光. 电子技术基础. 高教出版社，2003 3谢自美. 电子线路设计

13、、实验、测试. 华中理工出版社4王澄飞. 电路与数字逻辑设计实践. 东南大学出版社，1999,10 5何小艇. 电子系统设计. 浙江大学出版社，2001,10 6姚福安. 电子电路设计与实践. 山东科学技术出版社，2001 ,10 7编委会. 灯光控制应用电路集萃. 机械工业出版社，1998, 10 附录一：元件清单：74LS74IC4I C4B1个NE555 IC1 IC21个7805IC71个74LS93IC31个741212个74LS194IC61个滑动变阻器RP1 RP2 RP33个电阻 R1R2627个灯泡L1L88个双向晶闸管VT1VT88个9013型晶体管V1V88个LM7805型集成三段稳压器IC71个电源变压器T1个电容器C1C99个IN4001型整流桥UR1个D 触发器EF0 、EF1、EF23个附录二：Protel仿真电路图