八路彩灯控制器课程设计

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1、第1章绪论彩灯，又名花灯，是我国普遍流行的传统的民间的综合性的 工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。彩灯的产生， 是从人类运用火、发明灯、制造灯具等发展而来的。随着我国科 学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出，传统的制灯 工艺和现代科学技术紧密结合，将电子、建筑、机械、遥控、声 学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、 光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一的 典范。现今生活中，市场上为能吸取顾客的注意；搞出各式各样的 方法，其中彩灯的装饰便是一种非常普遍的一种，即可起装饰宣 传作用，又可以烘托起现场气氛，城市也因众多的彩灯而变得灿 烂辉煌。本

2、设计的彩灯确能成为现实的一种，但技术上日后将会 有更大的改善和提高。本设计以 IC CD40194 和 IC CD4069 和 IC CD4071 芯片实现，提出一种手动彩灯控制器，它的主要元件均采用CMOS 数字电路，驱动部分采用三极管 9014 ,因此具有电路简洁、工 作可靠，控制形式多样，使用安全方便的特点。第2章功能及方框图2.1 功能简介彩灯控制器能够使彩灯控照一定的形式和规律闪亮，起到烘 托节日氛围、吸引公众注意力的作用。彩灯控制器多种多样，本 设计的彩灯控制器主要功能：(1)可以控制8路彩灯。(2)彩灯点亮方式既可以向左(逆时针)移动，也可以向右 (顺时针)移动，还可以左右交替移

3、动。(3)起始状态可预置(4)移动速度和左右交替速度均可调节。2.2 电路万框图X*XKX_XXX_/ 7 7 7 7图1彩灯控制方框图第3章电路附录1所示为彩灯控制器电路图。它的主要元器件均彩 CMOS数字电路，驱动部分采用晶体管VT,因此具有电路简洁、 工作可靠、控制形式多样，使用安全方便的特点.3.1 电路功能结构组成整机电路包括以下功能单元：整机的核心是两个CD40194级联组成的8位双向移位寄存器，控制8路彩灯按一定规律闪亮。(1) S1、S2、SB组成的预置数控制电路，它控制 8位移存 器的初始状态，即8路彩灯的起始状态。(2) D5、D6等组成时钟振荡器，它为寄存器提供时钟脉冲。

4、(3) D3、D4、S3等组成的移动方向控制电路，它控制移位 寄存器作左移、右移或左右交替移动。(4) VT1VT8以及SSR1SSR8组成的8路驱动执行电 路，它在移位寄存器输出状态的控制下，驱动 8路彩灯H1H8 分别点亮或熄灭。(5)电源部分由试验台直接提供+6V电压。3.2 整机简要工作原理IC1和IC2级联组成8位双向移位寄存器，在 D5、D6产 生的时钟脉冲CP的作用下循环移位运动，如图3所示。双向移 存器的8个输出端Q1Q8分别经晶体管VT1VT8控制8个 发光二极管H1H8。当某Q端为“ 1时，与该Q端对应的 VT接通相应的彩灯H的电源，使其点亮。当某 Q端为“0时， 对应的V

5、T截止切断相应彩灯H的电源而熄灭。由于Q1Q8的 状态在CP作用下不停地移位，所以点亮的彩灯便在 H1H8中 循环流动起来。彩灯的初始状态由S1和S2预置，预置好后按一下SB将预置数输入，其输出端 Q1Q8的状态（也就是彩灯H1H8点 亮的情况）而等于预置数，而后在 CP的作用下移动。彩灯移动 的方向由S3控制，也可以选择 左移、右移或左右交替。”3.3 门电路多谐振荡器多谐振荡电路不仅可以由晶体管或 NE555时基电路组成，而 且也可以用两个 CMOS门电路组成（如图2） , CMOS门电路 输入高电阻抗高、更容易获得较大的时间常数，尤其适用于低频 时钟振荡电路，在图中所示中，D5、D6等组

6、成多谐振荡器，产 生秒信号脉冲，振荡周期T=0.15s0.67s （R调节），如下图 所示，当B点由“0变为”1时，由于电容器C3、C4 （两个电解 电容反极性相接构成一个无极性大电容）的两端电压不能突变，C点也为“1 :普通Ra使D5输入端为“1：随着C1、C2的充 放电，C点也为“1；普通Ra使D1输入端为“1：随着C1、C2 的充放电，C点电位逐渐下降，当降至CMOS门电路的阀值（约 3V）此循环形成振流，振荡周期 T=2.2（RB+RP）*C=SRA图2多谐振荡电路R 2 0是补偿电阻，可提高振荡频率的稳定度。3.4 控制电路控制电路包括预置电路、移动方向控制电路和移动速度控制 电路等

7、。3.4.1 预置数控制电路预置数控制电路由两个四位地址开关 S1、S2和按钮开S组 成，用于设置移存器的初始状态，即彩灯的起始状态。每个地址 开关中包含四只开关，附录1所示电路图中的接法，开关闭合时 为“1；开关断开时为“0；可根据要求设置。移存器的两个状态 控制端ST1、ST0分别由或门D1、D2控制。当按下预置数开 关SB时，1电平（+6V ）加至D1、D2输入端，D1、D2输 出均为“1；使ST1、ST0= “11”，设置好的预数并行进入移存 器，如图3所示。Q1Q2Q3Q4Q5QSQ7Q81 E B E H b I BPlF2PmP4P5P5PFP8图3预置数状态 例如，设置P1P8

8、为“111001100,按下SB时，Q1Q8 便成为 “111001100 , H1、H2、H3、H6、H7 亮，H4、H5、H8灭。当松开SB时，ST1、ST0 w “ 11 ”移存器便在CP作用 下使预状态移动。3.4.2 移动方向控制电路前面已介绍过，移存器移动方向由 ST1、ST2的状态决定。 为了实现左右交替移动。电路设计了一个由反相器D3、D4等组 成的超低频多谐振荡器，并由选择开关 S3控制。当S3将D3输入端接地时，多谐振荡器停振，使 ST0、ST1状态呈“10；移动器右移，如图4 (a)所示。当S3将D3输入端接+6V时，多谐振荡器仍停振，但不 同的是ST0、ST1状态为“0

9、1”，移存器左移，如图4 (b)所示。当S3悬空时，多谐振荡器振，使ST1、ST0状态在“01”和10之间来回变化，移存器便左移与右移交替进行。电位器RP用于调解振荡周期、改变左右移动的交替时间，效替时间可在2.5秒至7.5秒左右的范围内选择。C3、C4两电解电容反向串联，等效为一个无极性电容。D3、D4的输出端分别经或门D1、D2至ij ST1、ST0端，当SB按下时，D1、D2输出均为 “ 1”此时预置数输入。图4移动方向示意图3.4.3 移动速度控制电路时钟频率的高低决定了移存器的移动速度，时钟脉冲由反相器组 成（详细见3.3节介绍）。3.5 双向移位寄存器8位双向移位寄存器由IC1、和

10、IC2级联组成，如图5所 示。IC1、IC2均可采用4位双向通用移寄存器集成电路 CD40194 ,其性能较强，即可以左移，也可以右移；即可以 串行输入，也可以并行输出；即可以串行输出，也可以并行输 出。CD40194有四个输出端QQ4;有四个并行数据输入商 P1P4, 一个左移用行数据输入端 DL和一个右移用行数据输 入端DR;还有2个状态控制端ST1、ST0= “11”时，预置数 并行输入移存器。将两CD40194 级联即可组成8位移位移位寄存器，电路 中，IC1的第一位输出端（Q1）接IC2的左右移用行数据输 入端DL, IC1的第四位输出端（Q4）接IC2的右移串行数据 输入端DR、I

11、C2的第一位输出端 DR ,两片CD40194 的CP、 ST1和ST0并联即可。右移时数据按 Q1-Q2-Q3-Q4 - Q5 一Q6 Q7 Q8的方向移动，Q8的信号又经右移串行数 据输入端DR输入到Q1 ,形成循环。左移时，数据按 Q8 - Q7 Q6Q5Q4Q3Q2 Q1的方向移动，Q1的信号 又经左移用行数据输入端 DL输入到Q8 ,形成循环。01 Q2 Q3 Q4Q5 Q6 QZ QSi十 木/、Aiik 公IC2ICl a QZ Q3 Qi Qi Q2 Q3 Q41 叩 ST2 / 牙 STI； 2CFJI1克2图5双向移位寄存器第4章组装及调试组装前准备：先备好所需工具（电烙铁

12、、各元器件、万能表 等）并检查元件有无损坏（本机元件可用万能表测出性能）准备 工作完成后，开始捍接工作。4.1 振荡电路先将振电路捍好，本电路采用二个门电路起振（D5、D6） 电容参数为C5+C6=9.4u,各部分按电路图接法捍好。然后用一个+6V直流稳压源直接到CD4069电源端，用一只发光二极 管正极接到振荡电路输出端（D6非端），负极接地，此时二极 管将会一闪一闪，此时为正常现象，再调一下RP2,二极管的闪烁频率就会随调节而改变频率。如果没有以上现象，查看RP2引 脚有没有捍错和虚捍现象，直至电路达到上述效果为止。此时振 荡电路接近装调工作。4.2 方向控制电路此电路较为简单，但突为重要

13、，组装时应特别注意，这是本 机功能控制的关健部位。本电路由CD4069的二个反相器（D3、 D4）和CD4071中的二个或门（D1、D2）等组成。先捍好电 容和电阻后，检查会不会起振，检查方法如同振荡控制电路。冉将其与D1D2连接好，用万能表测D1、D2的输出端（即ST1、 ST0）端是否如图4所示相互变换，即（ST1和ST0）的值会不 会随S3开头变化而达到停止振荡和起振，特别 S3拔至悬空脚 时，二个数据会不会交替变换。这用二个发光二极管代替表等效 果更为显著，并调动RP1二个二极管变换时是否与 RP1的变化 而变化，如不会显示上述效果，检查方法与振荡电器一样，直至 达到预设效果后，此电路

14、完成组装工作。4.3 预置电路此电路相对简单，接电路的接法接好后，先放置不理，因为 此电路要全电路捍接后才能有明显效果作用，调试也比较方便。4.4 显示电路显示电路主要由晶体管VT （9014 ）和发光二极管代替彩灯 H （文内使用H代称）组成：先按电路的接法捍接后，用能表（X10 档）黑表笔接各VT的基极，红表笔接H的负极，此时H亮，说 明正常，红表笔接C极，黑表笔接e极，H会亮，正常，各个三 极管接上二个方法依次测试。如果出现问题（H不亮）要检查电 路的接法和捍接是否虚捍，直至达到上述现象，此电路组装工作 将近完成，并后并将e极依将接到双位移寄存器（用二片CD40194 级组成）的Q1Q8

15、端（此检测法是按三极管持性和 电路图连接所得出的）。4.5 移位电路此电路由CD40194两块晶片级组成，是本机电路的核心； 捍接只需按电路图接好，并和预置电路连接装一个SB控制开头和装上一个6V稳压晶片（ 7806 ）使整机稳定性提高。接好后通 电，在S1、S2预置你喜欢的初始状态，按 SB、H1H8会同 S1、S2所预置的状态相同（详情参考图5）松开键位SB, H1 H8便开始循环点亮。说明预电路和移位电路正常。如无法达到 以上功能，检查线路是否接对和虚捍问题，较对修改后仍无反应， 万能表测7806 3脚电源是否正常，不正常。则捍脱7806的3 脚，用万能表测电压是否正常（+6V ）,正常

16、说明无问题，可能 是把各式各集成块的电源极性接错，或某处短路，认真再检查几 遍，如果仍不正常则只能更换 CD40194 （此障碍占极少数，只 有极性接错后才会导致烧，否则不会双烧坏，此点最为重点）。4.6 整机调试和控制全电路连接好后，通电让彩灯点亮，调节变速电路（振荡电 路）开关，按SB,为是否达到预置状态。再拔动 S3 （交替、右 移、左移）等位是否彩灯随之变化，说明正常；最后拔到交替端（悬空端）调节RP1交替的周期是否随调节变化而变化，会则正 常（此时最好在调电路中调到最快时，效果会比较明显）。电路 达到上述工作后说明整机捍接成功。如果中途遇到了不同的问题， 就按故障的类型而去检测相关电

17、路，为是否接错和捍错元件。也 有可能电路板捍后下的锡粒所导致而成。第5章主要故障和检修方法彩灯不亮：按一下SB开关；检测彩灯、晶体管VT、电源电压是正常和烧坏，随其更换。彩灯不闪：检查振荡电路有无脉冲输出，电路有无脱捍和虚捍短路现象；检测电容有无损坏。彩灯全亮：查看S1、S2开关是否全拔错，并拔回按B开关。查看e极和c极有无短路或直接接电源，并捍开。不能预置：查看S1、S2有没有脱捍或电阻坏，UR=4V ;SB开关有无损坏和脱捍等。不能调频：检查RP2有无脱捍和损坏，产更换；检查电容会不会充放电，并更换。不能调交替频率：检查 RP1有无脱捍和损坏，并更换；检查电容会不会充放电，并更换。检查D1

18、、D2输出端有无交替变换。总结本次课设已接近尾声，回顾整机电路，发现设计既有优点又 有些许的不足，现将本人对电路的一些看法述说如下，谬误之处 还望老师能不吝赐教。优点：可操作性高，性能稳定；能由多种闪亮功能，并能任 意预置闪亮灯数目。缺点：实用性低，价格比较贵，体积旁大，不能供应大功率 灯炮，需人工操作变幻，要用到大的实用中需改善。改进：本电路中将IC1和IC2的1脚（清零端）与16脚共 同接电源，致使电路不具备满 0功能，本人考虑可将两芯片的1 脚级联后接个按键后接地，这样就可以在电路工作时按下按键能 够清0。给予彩灯的各项优点，相信随着科技的不断发展和电路的进 一步完善，它必定将在人民生活

19、中得到更广泛的应用，也必定在 市场上有更广阔的前景。致谢历时三星期的课程设计已经告一段落。经过自己不断的实践 努力以及温海洋老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完 成。在这段时间里，温老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令 我十分钦佩，他的指导使我受益非浅。同时本系S303实验室的开放也为我的设计提供了实习场地。在此对温海洋老师及学院电 子系表示深深的感谢。通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要 性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学三年的学习 成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但 是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这三星期的 设计是对过

20、去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展 打下了良好的基础。由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各 位老师批评指正。参考文献1杨素行，模拟电子技术基础简明教程（第三版），北京:高等教育出版社2余孟尝，数字电子技术基础简明教程（第三版），北京:高等教育出版社3蔡良伟，数字电路与逻辑设计，西安:西安电子科技大学出版社附录二：CC40194引脚图及功能真值表公 00 21 0 0 CP STI ST0161514131211109CC40194123456786 O O O O O ORdD工 D予 DH GND(a)引脚排列图R STI STO CP I 作状态I O O X 保 持(b)功能真值表附录三：元件清单CD40192 个CD40711 个CD40691 个发光二极管8个8位拨码开关1个90148 个10K电阻17个1M电阻2个47K电阻2个30K电阻2个100K滑动变阻器2个按键开关1个4.7 U电解电容4个单刀双掷开关1个