彩灯循环控制电路的设计与制作

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1、学号：程设计题 目 学 院 专 业 班 级姓 名 指导教师年 月 日目录摘要31设计任务及要求42方案设计及选择42.1方案设计42.2方案的比较与选择83单元电路的设计94整体电路图及原理154.1整体电路图154.2工作原理165电路调试及结果分析165.1调试166结果评价与改进方法176.1结果评价176.2改进方法177总结188参考文献18摘要多组彩灯按照一定的顺序点亮构成的电路具有很高的观赏性，在生活中有着 很广泛的应用，例如广告牌，霓虹灯等。本设计中彩灯控制器可用于对霓虹灯或 彩灯及节日字灯的控制,本次课程设计将对设计框图、设计电路图、单元电路图、 工作原理、所用器件、电路调试

2、等方面进行介绍，最后对本次课程设计进行总结。关键词：循环，计数，单元电路01100001彩灯循环控制电路的设计与制作1设计任务及要求(1) 8个彩灯能够自动循环点亮。(2) 彩灯循环显示且频率快慢为1S。选作：设计具有控制彩灯左移，右移，全亮及全灭功能的电路2方案设计及选择2。 1方案设计2。1。1方案一根据设计要求，使用计数器来实现循环设计电路使其可实现以下功能1) 彩灯右移依次点亮的循环；0000 D 0001 D 0010 D0011 D 0100D 010101112) 彩灯左移依次点亮的循环:01110110 D 0101D 0100 D 0011 D 001000003) 彩灯全灭

3、的功能;00000000设计方案原理图反馈电路脉 冲 发 生口口器LED灯显示各单元电路所用器件为：1）脉冲发生器:使用555构成的多谐振荡电路产生频率为1Hz的脉冲信号；2）计数器电路：使用一片74LS192实现计数功能；3）译码器电路：使用一片74LS138来实现译码功能；4）逻辑门芯片：使用一片7420与非门芯片和两片7404非门芯片实 现上述三种功能。按照原理图进行设计，得到的电路图如下所示I AkChrn卜，1BcQBAlCLR圳hlBQIPKL5QDc珈IInTnlw D nlw c E A Y I.- a M 2 A lAlBNClcuils1,脚OJdHABCc Hl E -3

4、 4 E J E rY r VI .T VI .T Yn a. a.J .11 Arl印2Yjft3rGF心早济浦济皆牯LALTF5学明甜皿c LH y .Hn .Hn 7 - .h- 6 5 5 J- JI2.1。2方案二同方案一，使用计数器实现循环，设计电路实现以下功能:1）彩灯右移依次点亮的循环;0000 D 0001 D 0010 顷011 D 0100D 01010111辛 01102）彩灯左移依次点亮的循环:0111 n 0110 D 0101D 0100 D 0011 H 0010000000013）彩灯全灭的功能；000000004）彩灯全亮的功能;11111111设计方案原理

5、图反馈电路脉冲发生LED灯显示各单元电路所用器件为：1）脉冲发生器：使用555构成的多谐振荡电路产生频率为1Hz的脉 冲信号；2）计数器电路:使用一片74LS163实现计数功能；3）译码器电路：使用一片74LS138来实现译码功能；4）逻辑门芯片:使用一片7410与非门芯片和两片7404非门芯片实现 上述三种功能。按照原理图进行设计；得到的电路图如下所示Ur o u oil LUJ nJ .MJ4 ?TI Jrm 的骷国CCQDEFITm ElY3t3a(3Y田帝四KflMI1W_i_L-心 wcrH刖书4?2.2方案的比较与选择1从设计的要求来看,两种方案都实现了彩灯的循环控制，但方案一全

6、亮功能未实现，方案二四种功能全实现。即左移循环，右移循环，全灭控制，全 亮控制.2从设计的原理来看，方案一使用双时钟计数器，设计思路较为清晰 且反馈电路简单。而方案二使用的是16进制加法计数器，在进行反馈电路设计时， 所需理论知识较强。其他的辅助设计较多.3从电路的复杂程度来看，方案一明显比方案二电路简捷。4从电路的耗材方面来看，方案一比较节省材料和费用。综上所述，选择方案一较经济划算且电路可行性较强。3单元电路的设计3。1脉冲发生电路由于上述设计中所用到的芯片全要有脉冲信号的触发才能完成相应的 功能，所以就需要用到脉冲产生电路。我这里用到的是用555定时器设计的多谐 振荡器，多谐振荡器的优点

7、是在接通电源之后就可以产生一定频率和一定幅值矩 形波的自激振荡器，而不需要再加输入信号。而用555定时器设计的多谐振荡器 也有很多优点，由于555定时器内部的比较器灵敏度较高而且采用差分电路形 式，这样就使多谐振荡器产生的振荡频率受电源电压和环境温度变化的影响很小 接通电源后，电容C1被充电，当VC上升到2/3VCC时，使输出电压为低电平， 同时放电三极管T导通，此时电容C2通过RB和T放电，VC下降。当VC下降到 2/3VCC时，V0翻转为高电平。当放电结束后，T管截止,VCC通过RA和RB将向 电容器C2充电，当VC上升到2/3VCC时，电路又翻转为低电平.如此周而复始， 于是，在电路的输

8、出端就得到一个周期性的矩形波。脉冲发生电路图其输出信号的频率为：f=1。 43/(R1+2R2) C1其中 R1=0。8KQ R2=1。5KQ C1=47uF从而算出频率f=8Hz该频率满足设计要求3。2 74LS192计数器电路74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。(BCD,二进制)。 CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。3267n13P0Q0PlQiP2Q2P3Q3CPuTCuCPdTCdPLMR1510

9、g Po MR TCd TCu plPi Oi Q| CPd CPU 0203 GMO(b)(a)74LS192引脚排列图o 1 2 3 - e . 1Q Q 0 QrBzasME” t JLLn-DtuD D Dl)c c _L R74LS192功能表输世UK瓦F-3T2Fl理Q3Q1如1* X*00000X没abi：dCb0i :1其X棋X加计数a_.1 一i.jXX减计数设计原理说明1）当计数器时钟UP接脉冲信号,DOWN接1,实现加计数，此时实现0000 到0111的计数过程（即八进制计数），由于是异步高电平清零，故当状态为1000 时，将QD接到CLR端则实现八进制加法计数.2）当计

10、数器时钟DOWN接脉冲信号，DOWN接1，实现减计数此时实现0111 到 0000的计数过程，由于是异步低电平置数，故当状态为1001时，将QD,QA接 入7420与非门的1C,1D端，将QB,QC接入7404非门的1A,2A端通过1Y,2Y端输 出接入7420的1A，1B端，74201Y输出端接74192的LOAD （置数端）端，则 实现初值为7的减法八进制计数。用74LS192设计的计数器电路如下所示IS paceru/1 Haro U%BVixQEAQACLRDOV/N跄UPQCLWQDCI-.:|QpBte|704V|,|:l:F_rll3。3 74138译码器电路下图所示A2, A1

11、, A0为地址（数码）输入端，A2为高位，A0为低位。 Y0-Y7为译码状态信号输出端，输出逻辑符号图中的小圆圈是指输出信号低电平 有效.G1, G2, G3为使能端。74138逻辑符号三三二 无71_卷藉1677 宴-32 10 1 送 A A AO-G-C74138输出表达式(E1=G1, E2A=G2,E2B=G3)U2敞% 0板勿Q国国国同回旧同国V Y6 -G2BY5 -G2AH G1Y3Y2C口 BYO -AQB 74LS138D & A； El E3 & GND引脚排列图74138功能表EHi ENwaEN盘e加.A1.&Y? 尊 y4 V3 y2 Yi y0 XXXXX1111

12、1111X. 1 X.XXX11111111X X 1XXX11111111coo111111100 0 11111110 10 1 0111110 11r o o0 1 111110 1111 0 1110 11111 0 1110 111111 1 010 1111111 1 10 1111111设计原理说明将 74LS192 的 QC, QB,QA 端分别接入 74138 的 A, B, C 端，G1 接 1, G2A,G2B 接地，使译码器正常工作，通过译码输出YOY7,实现译码功能。因为74138输 出为低有效，故需要接入非门电路，所以采用7404非门芯片，将每一个非门输出 端接到L

13、ED灯上。为了实现全灭功能，结合译码器的功能表知，当G2B=1时，译码器不工作， 输出端Y0Y7全为1，经过非门电路，使得LED灯全灭。这是可用一个开关1控 制全灭操作。用74138译码器设计的译码电路如下所示c D任 E 仙HhF :pspBce:crorl性 M56VX弟t.Y5A5Y4A4Y 1A1 YaAeYMWOMDKKIlelk -!xlfcAlt-YI5AI5YIM4VI F 二打 j L _.r #473.4 LED灯显示电路八个LED灯均为共阴极接法，其输入端与两个7404非门芯片的每个输出端 相接。当7404输出端为高电平时,LED灯点亮。显示电路如下I 11 inllle

14、 CH)， I-.I.,.I% 人二 TrJ I.1.一 !.L 、r.、，7 ;-l.T-111Y2Y3Y4整体电路图及原理4.1整体电路图,暨w;c -IB nJ B 3 4 5 E vchyyttt mci-ul-l:.:t D T- c B UH T I.-己M r_2 OL ! _ID-&.IX.Li-c Y A y am V -L G -t F- - E - 4 J.V1A.K _.chEYzft-!4。2工作原理1）右移循环点亮：1, 4, 5开关往上拨，2, 3开关往下拨.此时电路中清零 端接QD，G2B接地，置数端接VCC,时钟UP接脉冲源，DOWN接VCC，整个电路进行 右

15、移循环控制LED灯依次往右点亮。2）左移循环点亮:1，4开关往下拨，2,3, 5开关往上拨.此时电路中清零 段接VCC,G2B接地，置数端接7420的1Y输出端，时钟UP接VCC,DOWN接脉冲源， 整个电路进行左移循环控制.LED灯依次往左点亮.3）全灭控制：5开关往下拨。此时电路中G2B=0，译码器不工作，无论其 他几个开关状态如何,LED灯全部熄灭。5电路调试及结果分析5.1调试由于元件的性能，连接电路的人为因素，以及环境因素的影响等，连接好 的电路往往需要进行调试。5。1。1调试步骤1）检查电路连接好电路，然后对照原理图，逐项检查电路中的元件连接情 况，注意观察是否有连线错误，特别要注

16、意是否会出现电源短路的情况，还要注 意电容是否存在极性。2）通电将5v的直流电源接入电路中，观察电路是否存在异常现象，如冒 烟，产生火花等，如果出现异常现象应及时断开电源，检查故障若电路无反应， 则应检查各元器件的管脚是否松动，导线是否开路。3）操作开关进行根据电路的工作原理，通过控制各个开关实现彩灯的左 移、右移、全灭.若果存在问题，则应继续检查电路并调试，直到排除故障。5.1。2发现的问题1）将所有线路搭建好，且检查无误后，进行初步调试，发现灯无规则点亮， 最后查证是接到译码器B端的插孔损坏。2）在调试过程中发现按一次电源开关，LED灯亮一次，没有循环。发现是 555定时器的两个电容接反。

17、3）共阴极的LED灯需要用导线接到公共地端才能使LED灯正常点亮.4）把74192的输出引脚搞反，将高位看成低位，低位看成高位以致灯无 规则的闪烁。6结果评价与改进方法6。1结果评价通过反复调试，最后实现了课设要求的基本内容，对调试的结果很 满意，LED灯没有其他异常现象的出现。对每个芯片都做了功能测试，就是搭建整 个大电路中，由于各种因素的影响会出现各种各样的问题，这是我们需要注意的 地方。6.2改进方法1）唯一不足的地方就是没有实现全亮功能，且用了6个芯片。可以使用双时钟74193十六进制计数器，这样可以不用清零端，置数端进 行设计，而且能够少用一个7420芯片。直接用一个开关控制UP,D

18、OWN时钟的输 入信号。即可实现左移，右移循环。7总结这次的课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理 论知识还有自己的想象的能力，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己处 理分析电路，设计电路的能力。我相信是对我一个很好的提高。平时在学习理论 知识的时候，根本就没有想到我所学的这些东西有什么用，他们可以做成什么， 只是一味的利用它们来解决课后的习题，没有想其他的用途。这次的课程设计让 我懂得了它们在实际的用途还有我们身边的很多电路，例如频率计、交通灯、数 字钟等这些都是我们自己可以实现的。此次课程设计是我进大学的第一个课程设计。从最初的选题，购买元器件， 组装，调试到完成设

19、计，每一个过程都是锻炼自己。极大的锻炼了电路设计实践 能力，培养了自己独立设计能力.此次课程设计是我专业知识的检验和巩固.在整 个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个模块电路的连接及电路的细节设计 上，通过对方案的反复斟酌和电路的多次调试，使得电路稳定工作。希望以后能有更多的机会去进行课程设计.8参考文献数字电子技术基础（阎石。第5版） 数字电子技术基础吴友宇本科生课程设计成绩评定表姓 名 I性 别 专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录成绩评定依据:设计方案和内容（30 分）制作与调试（30 分）说明书内容和规范程度（20 分）答辩（10 分）考勤（10 分）总分（100 分）最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字: