路彩灯控制电路 论文

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1、四路循环彩灯控制器摘要通过对数字电子技术课程所学的基础理论知识的认识、了解与掌握。本设计将采用几个基本的数字集成的74系列（74LS93,74LS153,555）芯片来完成所需要的数字逻辑显示功能。设计过程中，先进行单元电路的设计， 再进行总体方案的设计，通过几个方案的对比，得出最佳方案来设计总电路图。用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，触发器，数据选择器和移位寄存器等集成。本次设计的循环彩灯控制器就是用计数器和译码器来实现，其特点用双色发光二极管，能发红色和绿色两色光。一、设计任务与要求1、任务用数字集成器设计一款多路循环彩灯控制器，其中彩灯用发光二极管模拟2、基本要求彩灯控制器

2、，能控制8路彩灯完成4种花样的循环变换：（1） 彩灯一亮一灭，从左向右移动；（2） 彩灯两亮两灭，从左向右移动；（3） 彩灯4亮4灭，从左向右移动；（4） 各路彩灯从左向右逐路全部点亮后，又从右向左逐路熄灭二、 所有使用的元件1.设计所需的元件：74LS93N（四位二进制加法计数器） - 1个；74HC164N（单向移位寄存器） -1个；74HC153（双4选1数据选择器） -1个；74LS74（双D触发器） -1个；双色发光二极管- 8个；NPN型三极管（9013）-8个555定时器 -2个；电容： 0.01f（涤纶电容） -2个；0.1f（电解电容） -2个；电阻 ：1k - 8个；510

3、 -8个；30k -2个；2M -1个；1M -1个；（粗调）电位器：2M-1个1M-1个万能板一个；万用表一个；导线若干；三、方案设计与单元设计近年来，由于中，大规模集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。在设计中更多的使用中。大规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。因此，双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下：1.据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以方便检修。2.个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件构成单元电路。3.各个单元电路间

4、的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作需求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常，协调工作。3.1基本原理设计任务中所要求的4种循环方式并不复杂，用中小规模集成电路就能实现。本控制应由方式选择，振荡器，控制电路等组成，其框图如图1所示： 方式选择振荡器控制电路计数器位移寄存器LED显示 图1 四路循环方式彩灯控制器框图2.2单元电路（1）2.2计数器、数据选择器和位移寄存器本控制器的核心器件为计数器、数据选择器和位移寄存器，分别采用TTL中规模集成电路74LS93（4位二进制加法计数器）74LS153（双4选1数据选择器）和74LS164（单向位移寄存器）计数器IC3通电工作后，对输

5、入的计数脉冲进行计数分频处理，从其QA（12脚）、QB（9脚）QC（8脚）、QD（11脚）分别输出计数脉冲的3次，4次，8次，16次分频信号。 数据选择器 IC5相当于一个受控的单极4位转换开关。当双D触发器IC4输出的逻辑状态数据为“00”时，IC5的6脚与7脚之间的开关接通，其输出端输出2次分频信号。当IC4输出的逻辑状态数据为“11”时，IC5的3脚与7脚之间的开关接通，其输出端输出16分频信号。 数据选择器IC5第7脚输出的数据信号从位移寄存器IC6的输入端加入。IC6在移位时钟脉冲的控制下，其Q0Q7输出端输出灯光控制信号。当某输出端输出高电平时，该输出端外接的晶体管都导通，该路彩灯

6、被点亮。例如位移寄存器IC6的Q1端输出高电平时，V2导通，第2路彩灯LED2点亮。（2）振荡器振荡器有多种振荡器电路，图4所示的振荡器比较简单常用，其中（a）图为CMOS非门构成的振荡器，（b）图为石英晶体构成的振荡器，（c）图为555构成的多谐振荡器。 CMOS非门构成的振荡器的振荡周期T=1.4RC，555构成的振荡器的振荡周期T=0.7（R1+2R2）C。我们最终是选择了555构成的振荡器，因为555使用起来方便、简单。图2CMOS非门构成的振荡器（a）图2石英晶体振荡器（b）图2555构成的多谐振荡器（c）多谐震荡器IC1震荡工作后，从IC1的3脚输出低频震荡信号，一路作为4位二进制

7、加法计数器IC3的计数脉冲，另一路作为单向位移寄存器IC6的移位时钟脉冲。而。多谐震荡器IC2震荡工作后，从IC2的3脚输出超低频震荡信号，作为双D触发器IC4的计数脉冲。（3）控制电路控制电路我们也想了两种方案，一种是手动控制4种花样，另一种是用中规模集成芯片来控制4种花样。我们选择了第二种方案。第一种方案是用由单刀掷开关控制4选1数据选择器的两个控制端A和B，从而控制4种循环方式，每种方式用单色发光二极管指示.第二种方案是用一个双D触发器来控制数据选择器的AB端，如图（3）图（3）双D触发器IC4对输入的计数脉冲进行两位二进制计数后，从其两个输出端（5脚和9脚）产生4个逻辑状态数据（即“0

8、0”、“01”、“10”、“11”），这个状态作为IC的4个数据通道选择信号，对应于IC2振荡器IC3输出端（QAQC）输出的4个分频信号。（4）LED显示电路LED显示电路由若干个限流电阻（R3-R18）、8个晶体管（V1V8）和8个双色发光二级管（LED1-8）组成。四、总电路图的设计4.1工作原理该彩灯控制器由电源电路、多谐震荡器A、多谐震荡器B、十六进制分频计数器、两位两进制加法计数器、4选1数据选择器、移位寄存器和LED显示电路组成。多谐震荡器A由时基集成电路IC1和电阻器R1、电位器RP1、电容器C5、C6组成。多谐震荡器B由时基集成电路IC2和电阻器R2、电位器RP2、电容器C7

9、、C8组成。十六进制分频计数器电路采用4位二进制计数器集成电路IC4。4选1数据选择器电路采用双4选1数据选择器集成电路IC5。移位寄存器电路采用8位单向移位寄存器集成电路IC6。LED显示电路由电阻器R3R18、晶体管V1V8、共阴彩灯LED1LED8组成。接同直流电源+5V，供给IC1IC6。从多谐震荡器IC1的3脚输出低频震荡信号，一路作为IC3的计数脉冲，另一路作为IC6的移位时钟脉冲。IC3通电工作后，对输入的计数脉冲进行计数分频处理，从其QA（12脚）、QB（9脚）QC（8脚）、QD（11脚）分别输出计数脉冲的3次，4次，8次，16次分频信号。多谐震荡器B震荡工作后，从IC2的3脚

10、输出超低频震荡信号，作为IC4的计数脉冲。IC4对输入的计数脉冲进行两位二进制计数后，从其两个输出端（5脚和9脚）产生4个逻辑状态数据（即“00”、“01”、“10”、“11”），这个状态作为IC的4个数据通道选择信号，对应于IC3输出端（QAQC）输出的4个分频信号。IC5相当于一个受控的单极4位转换开关。当IC4输出的逻辑状态数据为“00”时，IC5的6脚与7脚之间的开关接通，其输出端输出2次分频信号。当IC4输出的逻辑状态数据为“11”时，IC5的3脚与7脚之间的开关接通，其输出端输出16分频信号。IC5第7脚输出的数据信号从IC6的输入端加入。IC6在移位时钟脉冲的控制下，其Q0Q7输

11、出端输出灯光控制信号。当某输出端输出高电平时，该输出端外接的晶体管都导通，该路彩灯被点亮。调整RP1的阻值，可以改变多谐震荡器A的震荡频率，从而改变灯光的移动速度，得到不同的动态灯光效果。调整RP2的阻值，可以改变IC2输出脉冲的周期，从而改变IC5内开关电路的切换时间，改变选择每种花样出现时间的长短。4.2仿真的总电路图五、电路仿真、组装、调试过程中遇到的问题及解决办法在电路仿真的过程中，由于我们之前只是对仿真软件有一点了解，但对它的运用还不是很熟悉，所以在仿真阶段用了不少时间。起初把电路图仿真出来后，又没有效果，555振荡器没有震荡波出来，后来再去查找相关的资料，经过和组员的讨论与思考和不

12、断的调试后找出了问题的所在，原来是电容的参数不对。我们经过相关的计算把参数改过来后就有效果了。在电路组装过程中，我觉得最难的就是元件的摆放和布线了，所以我们现在纸上先画好实际的电路图，尽量考虑不周全，如果芯片分布不够合理，就会出现了许多“飞线”了，不但影响布线速度，而且也会给后来的调试带来不必要的麻烦。在组装完成后，我们认真的检查了接线是否有错，结果还是发现了一两个点漏焊。调试过程中，我们先用示波器检查了振荡器是否振荡，确认有波形后在检查其他的。后来我们演示一下电路，结果彩灯闪的太快了。所以我进行相关的思考与讨论，再到电脑上不断的仿真与调试，发现振荡器的点位器太小了，我们换了个大一点的点位器后

13、解决了这个问题，最后基本达到了设计的效果。六、总结课程设计刚开始，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，电路图都要自己设计。静下心来，仔细分析题目，再加上指导老师的说明与提示，心中才有了谱。将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合即可。在课程设计的过程中，较多的时间是用来查阅资料，因为还是第一次做电子课程设计，图书馆的资料很有限，所以一般通过网上查阅。我在这次课程设计中主要是分析原理与焊电路板还有部分的仿真，我整个过程我都认真的完成了，而且从中收获很多。可以总结为以下的几点：第一，加深了对数字电路逻辑设计的一些相关知识的了解。同时也很好的复习

14、了这门课，使对它的理解更加透彻。还可以锻炼查找资料的能力，在设计过程中，既有用过的芯片，又有没用过的，只能自己查表，分析功能，即学即用。最后调试阶段，哪怕一个小小的错误也会使结果出不来。只好一条线一条线地查，一个孔一个孔地测。结果终于出来了，又发现有的地方还应改进。第二，我意识到了团队合作的重要性，三个人一组，既增加了动手能力，又能够将理论联系实际。在交流中取得进步，在问题中有所感触，在老师的帮助下更上一层楼。第三，通过这次课程设计，使我受益颇多。了解到课程实习设计是开端，连接是关键，测试是必须。既巩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。我还深刻的体会到理论与实际存在着一定程度的不同，例如在这次我们做的彩灯电路里振荡器的电位器我们在仿真软件上用100k是完全足够的，但在实际电路中用100k时彩灯闪的太快了行不通，后来我们用了个2M的才把变换的速度降下来。这让我意识到理论一定要结合实际才有用，体会才更深刻，以后我们应该多去实践。七、参考文献1、张庆双主编，灯光控制应用电路集粹，机械工业出版社2、余孟尝主编，数字电子技术基础简明教程（第三版），高等教育出版社3、从宏寿、李绍铭编著，电子设计自动化Multisim在电子电路与单片机中的应用，清华大学出版社