LED单片彩灯控制器设计书

华北科技学院课程设计 0 片 彩灯控制器设计 书 一、设计任务与要求 利用控制电路可使彩灯按一定 规律不断改变状态，不仅可获得良好的观赏效果，而且可以省电。 1、 以 为控制器的 显示 器件 ， 它能 自动 地 显示 出数字 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9（自然数列）， 1、 3、 5、 7、9（奇数列）， 0、 2、 4、 6、 8（偶数列） ， 然后又依次显示 出自然数列、奇数列、和偶数列 ， 如此周而复始， 不断循环。 2、打开电源 时控制器可 自动清零， 从电源接通时刻起， 数码管最先显示自然数列， 然后按规律 循环 。 3、每个数字的 一次 显示时间 基本相等 ，这个时间在 2 4、 写设计说明书，画原理图。 华北科技学院课程设计 1 二、 设计的方案的选择与论证 设计要求 数码管显示，自动显示数字队列 0、 1、 2、 3、 4、 5、6、 7、 8、 9（自然数列）， 1、 3、 5、 7、 9（奇数列） 和 0、 2、 4、6、 8（偶数列），然后又依次显示同上数列，不断循环。 则需要我们提供能遵循上述循环的脉冲，也就是说产生脉冲的电路是必不可少的，这里 将 选用 555定时器。显示数字从 0到 9只要设计十进制计数器 74生就可以，要从 1、 3、 5、 7、 9 跳变，只要将 置 1，要从 0、 2、 4、 6、 8跳变，只要将 。最后通过 555 定时器不断送出脉冲，按照上诉循环。当然这些过程还需要用到 7474控制电路。 上述也就是用十进制计数器对时钟信号脉冲进行计数实现第一步，让显示电路输出 0、 1、 3 8、 9，然后用分频器将计数脉冲的频率变为原来的十分之一接到另一计数器中产生两位二进制地址码，再通过四选一数据选择器分别产生奇数、偶数 数列。 电路完成后因为开始的时候不一定能从 0 到 9开始跳变，所以 设计一个开关来控制。只要将开关一端接高电平，另一端接地，打开电 源开关，自动清零，即通电之后最先显示自然数列 0，再显示 1， 按上述规律变化。 因为 555送出的脉冲不会产生太大的 差异，所以只要电路正确 每个数字的显示时间 就会 基本相等 。 成部分： （ 1）时钟信号发生器 用 555定时器电路在外部配上几个适当的阻容 和二极管 构成华北科技学院课程设计 2 时钟信号，为彩灯电路提供必要的信号源。并且要求 设计的频率可以使每个数字的显示时间在 也就是要求电容和电阻的搭配 要在一定范围内，若搭配不合理，会导致频率过快，或过慢，以至于 在测试的时候极为不方便，甚至测不出来。所以 555定 时器要陪上合理的电容电阻器件。 （ 2）计数器、数据选择器、译码器； 用十进制计数器对时钟信号脉冲进行计数实现第一步，让显示电路输出 0、 1、 3 8、 9，然后用分频器将计数脉冲的频率变为原来的十分之一接到另一计数器中产生两位二进制地址码，再通过四选一数据选择器分别产生奇数、偶数 ， 然后通过译码器接到显示电路实现其循环。 （ 3）开关电路。 本控制器电路应由时钟发生信号电路、计数器、分频电路、数据选择器、译码器显示电路组成。 本控制器的核心元件为计数器、分频器、数据选择器 、译码器 ，分别采用集成电路 747474448。 【 1】 74 14脚双列直插的异步二 五 十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器，其引脚如下图 1所示。通过不同的连接方式， 74且还可借助 1）、 2）对计数器清零，借助 1）、 2）将计数器置 9，同时它还可以从不同的引脚接出作为 2具体功 能 详述如华北科技学院课程设计 3 下： （ 1） 计数脉冲从 二进制计数器。 （ 2） 计数脉冲从 入， 为输出端，为异步五进制加法计数器。 （ 3） 若将 数脉冲由 构成异步 8421码十进制加法计数器。 （ 4） 若将 数脉冲由 则构成异步 5421码十进制加法计数器。 （ 5） 清零、置 9 功能。 a)异步清零 当 1）、 2）均为“ 1”； 1）、 2）中有“ 0”时，实现异步清零功能，即 000。 b)置 9功能 当 1）、 2）均为“ 1”； 1）、 2）中有“ 0”时，实现置 9功能，即 1001. 图 1 74【 2】 74 个完全一样的四选一数据选择器。两个数华北科技学院课程设计 4 据选择器有公共的地址输入端，而输出端和输入端是各自独立的。通过给定不同的地址代码（ 即可从 4个输入端中选出所要的一个，并送至输出端 Y。 该设计的关键是对产生十进制的 74A 强制置数的处理，设计要求产生奇数，实际上就是 制置 1；要求产生偶数，实际上就是把 ； 然后通过译码器将信号翻 译后输出到显示电路。定时器 555是一种双极型中规模集成电路 , 只要元件和适当的电路连接 , 就可构成多谐振荡器。该器件的电源电压为 5V, 驱动电流也较大 , 并能提供与 此可以由上述电路实现电路所需的信号源。 【 3】 74步清除） ： 74可预置的十进制同步计数器 ， 它清除端是同步的。当清除端 /低电平时，在时钟端 升沿作用下 ,才可完成清除功能。 74预置是同步的。当置入控制器 /它的清除端是同步的。当 清除端 /低电平时，在时钟端 升沿作用下，才可完成清除功能。 162 的预置是同步的。当置入控制器 /低电平时 ,在 升沿作用下，输出端 数据输入端 致。对于 74 低至高跳变或跳变前，如果计数控制端 / 74 74计数是同步的，靠 时加在四个触发器上而实现的。 当 高电平时，在 时变化 ,从而消除了异步计数器 中出现的计数尖峰 ,对于74有 当 5 的跳变， 而 74 162 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（ 输出一 个高电平脉冲，其宽度为 高电平部分。 在不外加门电路的情况下，可级联成 N 位同步计数器。 对于 74 现前，即使 ， 电路的功能也不受影响 74 *作模式 L X X X 清零 H L X X 置数 H H H H 计数 H H L X 不变 H H X L 不变 表 1 7474 如下 图 2 74 华北科技学院课程设计 6 时钟信号发生器 计数器 分频器 数据选择器 地址码产生计数器 译码器 显示电路 三、电路设计计算与分析 华北科技学院课程设计 7 图 3 总原理图 如上图 3 所示， 由 74成的十制计数器，将 从 14脚 信号输入，构成十进制计数器，再用另一块 74接法和十华北科技学院课程设计 8 进制计数器一样的接法 ，都是将 92接地 ，从 14 脚 信号输入， 11 脚 与 非 门 两个输入端，将其输出端接 4脚 4，从而使其中 、 4、 5、 6脚接地， 7脚、 9 脚、 10 脚接高电平，再将地址码信号和十进制计数器 4（ 74即 和 14 脚分别接 2 脚和 14 脚 ，其中 4 脚接地， 5脚接高电平使计数器在 0、 1、 2 9 之后使 即可实现电路输出为奇数， 4 脚接地 则可使输出端 制置 0，从而输出偶数列， 1脚 、 8脚、 9脚 分别接数码管的 4,3,2。 脚。 3的清零端，实现三个两位地址的循环输出。 由 74图 4） 图 4 74由 74图 5） 华北科技学院课程设计 9 让 ： 图 5 74由 74图 6） 让 ： 图 6 74华北科技学院课程设计 10 下图 7： 图 7 时钟信号发生器 定时器 555是一种双极型中规模集成电路 , 只要元件和适当的电路连接 , 就可构成多谐振荡器。该器件的电源电压为 5V, 驱动电流也较大 , 并能提供与 此可以由上述电路实现电路所需的信号源。如图 7所示，由 555定时器构成的多谐振荡器可提供核心电路所需的时钟信号， 其外接元件参数如图所示，分别外接 两个 2 20及 一 个 1 00加 5伏的工作电压，从而可以产生 频率在 50 华北科技学院课程设计 11 图 8 脉冲波形 如图 3所示，在 742）的 2、 3脚 4根引脚相连后接开关的一端，开关的另一端连高电平，在电路接上电源之前把开关连上，接上电源后电路输出自动显示 0，接着断开开关即可实现从 0到 9的计数，接着跳到奇数列，然后偶数列。 要实现每个数字显示时间在 而 555定时器经过了十分频所以设计时要求输出频率在 50 华北科技学院课程设计 12 参数计算 ： 频率公式1( 1 2 ) l n 2f R R C .(1) 占空比公式121 2 2 . (2) 代人要求 0得 2=2K，可调电阻选 20K,C=1 华北科技学院课程设计 13 四、总结及心得 1通过这 两 周设计彩灯控制器电路， 熟悉了 74744 的逻辑关系 以及 555的功能及应用 。提高了自己能力，对数字电路这门课程产生了更浓厚的兴趣 和更深的理解 。 2在此次设计中遇到了一些问题，比如在设计 555定时器构成多谐振荡器 时，电容的连接不当会造成多谐振荡器无效， 通过独立思考，深入钻研 相 关问题，学会自己分析解决问题的方法。 经过电路板的设计， 大大提升了我们设计能力，拓宽了我们的思维方式真正把学到的知识应用到实际当中 3 虽然在上课时，我有学到这些元件的功能，但课堂上的知识太多而且只是局限于书本的理论知识，这并不能使我完全全部掌握这么多元件的逻辑和功能，通过本次设计，我完完全全掌握了许多元件的功能和混合应用。 4此次课程设计， 锻炼了 独立思考解决问题 的能力 ，出现差错的随机应变 的能力 ，和与人合作 的精神 ， 相信我在以后的设计中会表现的更加出色，会在以后设计出更多的逻辑电路 。 华北科技学院课程设计 14 五、 附录 电路 仿真 设计完成后的总电路图如下所示（即图 9）： 图 9 电路仿真图 在 华北科技学院课程设计 15 图 10 华北科技学院课程设计 16 元件序号 型号 主要参数 数量 备注 20k 1 滑动变阻器 2K 2 电阻 100 电容 1 电容 41 计数器 55 1 定时器 41 数据选择器 42 计数器 关 1 2 12 二极管 7A 7400 2 与非门 7448 1 译码器 1 数码管 表 2 元件清单 六 、参考文献 数字电子技术基础 北京 :高等教育出版社 , 徐州 :中国矿业大学出版社 ,3康华光数字电子技术基础北京：高等教育出版社， 1998 华北科技学院课程设计 17 4罗杰电子技术基础试验北京：高等教育出版社， 2008 5