毕业设计（论文）-简易循环彩灯控制器的制作.doc

西安欧亚学院本科毕业论文（设计）题目简易彩灯循环控制器学生姓名指导教师所在分院信息工程学院专业电子信息工程班级统本0701二O一一年四月简易循环彩灯控制器的制作摘要近年来，由于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。因此用集成电路来实现更多更复杂的器件功能则成为必然。现代生活中，彩灯越来越成为人们的装饰品，它不仅能美化环境，渲染气氛，还可用于娱乐场所和电子玩具中，现以该课题为例进行分析与设计可编程的彩灯控制的电路很多，构成方式和采用的集成片种类、数目更是五花八门，而且有专门的可编程循环彩灯控制电路。绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制器主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。本次设计的可编程彩灯控制电路就是用寄存器、计数器和译码器等来实现，其特点是用发光二极管显示，实现可预置编程循环功能。关键词发光二极管计数器ME555CountingthedesignofindustrialcontrolsystemsAbstractInrecentyears，duetotherapiddevelopmentofintegratedcircuits，makedigitallogiccircuitdesignundergoneafundamentalchange.Inthedesignmoreusescaleintegratedcircuit，notonlycanreducethenumberofcircuitcomponents，thecircuit，andcanimprovethesimplicityofthecircuitreliability，reducethecost.Sowithintegratedcircuittoachievemorecomplexdevicefunctionisinevitable.Inmodernlife，lanternhasbecomemoreandmorepeopleadornment，itnotonlycanbeautifytheenvironment，renderingatmosphere，itcanalsobeusedinentertainmentandelectronictoys，nowwiththistopicforexampleanalysisanddesignprogrammablelightscontrolcircuitmany，theformsandintegratedpiecetype，number，andmultifarioushasspecialprogrammablecircularlightscontrolcircuit.Mostofthelightscontrolcircuitarerealizedwithdigitalcircuits，forexample，usemediumscaleintegratedcircuitrealizedwiththelightscontrollermainlycounteranddecoder，distributorsandshiftregisteretcintegration.Thedesignoftheprogrammablelightscontrolcircuitistouseregisters，counteranddecoder，etc.Torealize，itscharacteristicisusinglightemittingdiodesdisplay，realizepresetprogrammingcircularfunctionKeywordsLedsCounterME555目录1绪论................................................................11.1彩灯控制系统研究的意义.........................................11.2国内外研究发展现...............................................11.3毕业设计的主要内容.............................................11.4设计方法.......................................................22总体方案............................................................22.1时钟信号.......................................................32.2花型控制.......................................................32.3花型演示.......................................................33电路硬件的功能组成..................................................43.1电阻...........................................................43.2电容...........................................................43.2.1电容的分类................................................53.2.2电容值的表示方法..........................................53.3发光二极管.....................................................63.4芯片NE555......................................................63.4.1内部组成框图..............................................73.4.2引脚图及其功能............................................73.4.3功能介绍................................................73.4.4555定时器构成的多谐振荡器工作原理........................83.5芯片74LS161....................................................83.6芯片74LS194...................................................103.7芯片74LS04....................................................113.8芯片74LS08....................................................113.9芯片74LS32....................................................124设计分析和设计电路.................................................124.1基本CP脉冲发生电路...........................................124.2花型控制电路..................................................134.3花型演示电路..................................................144.4总体电路图....................................................155硬件电路的安装和调试...............................................175.1器件清单......................................................175.2安装与调试...................................................175.2.1元件的分类与检测.........................................175.2.2电子电路的故障分析与处理.................................195.2.3调试过程中遇到的问题.....................................19心得体会..............................................................20致辞..................................................................21参考文献、资料索引....................................................22西安欧亚学院本科毕业设计（论文）11绪论1.1彩灯控制系统研究的意义利用控制电路可使彩灯例如霓虹灯按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，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，人们对于物质生活的要求也在逐渐提高，不光是对各种各样的生活电器的需要，也开始在环境的幽雅方面有了更高的要求.比如日光灯已经不能满足于我们的需要，彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，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.这些不紧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发展.在这一设计中我们将涉及有关彩灯控制器的设计，从原理上使我们对这一设计有所了解.将其确实的与我们相联系起来。1.2国内外研究发展现经查阅相关资料可知，国内外现今彩灯循环制主要有以下三种方法1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，显示方式多种多样，外围电路少等优点。2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处理器相同的优点，但实现成本相对较高。3采用数字集成电路，由于集成度高，功能强大，所需器件少，成本低等诸多优点，所以集成电路在各种电子设备中得到了非常广泛的应用。1.3毕业设计的主要内容设计一电路控制彩灯的循环显示，安装调试电路、验证功能。具体内容是8个发光二极管排成一行，二极管的亮灭构成彩灯图形。设计一个数字系统，其循环显示如下8种彩色图案。1彩灯全亮2彩灯自左向右渐灭至全灭3彩灯自左向右渐亮至全亮4彩灯全灭5彩灯自右向左渐亮至全亮6彩灯自右向左渐灭之全灭7彩灯全亮8彩灯全灭。西安欧亚学院本科毕业设计（论文）21.4设计方法根据设计要求，分析并设计电路1时钟电路眼睛要能够分辨出发光二极管的移位状态，所以时钟的频率不能太高，应该在50Hz以下。用NE555定时器设计出一个方波发生器（即多谐振荡器），频率在50Hz以下即可。2移位寄存器的连接8个发光二极管的亮灭直接由移位寄存器的输出端控制，需要用两片4位移位寄存器。考虑移位寄存器能左移、右移及并入，采用两片74LS194级联，让其实现左移、右移及并入（全1和全0）功能。3图案的状态切换和移位寄存器的方式控制8种彩色图案的切换可以通过一个8进制的计数器实现，即每一个数字对应一种图形，且对应移位寄存器的控制及移位、并入的数据。另外，数据在8个发光二极管之间移位，即上述计数器每一计数状态要保持8个时钟，这也需要一个8进制分频器，用该分频器的输出控制前一计数器的计数。其中8个进制的分频器由74LS161来实现，可用清零或置数法。4发光二极管的驱动发光二极管发光时的工作电流有几个岛十几个毫安，74LSXX系列的芯片的灌电流可达十几毫安，而拉电流只有零点几毫安，且规定高电平点亮发光二极管，低电平熄灭，所以移位寄存器74LS194不能直接驱动发光二极管，可用74HC194代替74LS194，且移位寄存器与发光二极管之间还应该加限流电阻，该电阻一般取几百欧姆。2总体方案通过分析问题和初步的整体思考，设计出如下方案整体功能的实现需要以下三个模块来实现时钟信号的产生，花型的控制，花型的演示模块。总体框图如图1所示西安欧亚学院本科毕业设计（论文）3图1总体框图2.1时钟信号由NE555定时器构成的多谐振荡器由于NE555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由NE555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。脉冲发生器由NE555与R1，R2，C1，C2组成的多谐振荡器组成，它是为花型控制器提供脉冲的。2.2花型控制8个发光二极管的亮灭直接由移位寄存器的输出端控制，需要两片4位寄存器。考虑移位寄存器能左移、右移及并入，采用两片74LS194级联，让其实现左移、右移及并入（全1和全0）功能。2.3花型演示8种彩色图案的切换可通过一个8进制的计数器实现，既每一个数对应一种图形，且对应移位寄存器的方式控制及移位并入、并入的数据，用如下表格1表示表1彩灯图案分配表对应图案计数器状态（Q2Q1Q0）移位寄存器方式（S1S0）移位寄存器（SLSR）并入数据（Sabcd）第1种000011第2种001010第3种010101第4种011100第5种100111第6种101110第7种110111第8种111110