数字电路课程设计-多功能彩灯控制器设计.doc

多功能彩灯控制器设计 目录一、设计任务及要求-二、设计方案-三、电路元件参数计算-四、振荡器的使用（555）-五、译码器的选用（74138）-六、计数器的选用（73160）-七、彩灯的控制-八设计原理电路-九电路仿真波-十元件列表-十一故障分析与改进 -十二心得体会-【摘要】 本次数字电路课程设计内容是多功能彩灯控制器设计，随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能彩灯凭着坚毅，高效，稳定特点得到普遍的应用，有各种娱乐场所，店铺门面装饰、驾驭装潢、城市墙壁更是随处可见，于此合同时，还有一些城市采用不同的彩灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能彩灯的种类有很多种，所以多共嫩才多呢该控制器的设计具有相当的代表性。 多功能彩灯控制器设计就是设计一个循环可预置序列发生器，并用于控彩灯的循环显示，八个一组的彩灯按多种不同的方式显示，组成不同的视觉效果（不同的预置产生不同的效果）一、 设计任务要求 1.课题任务（1）、设计一个多功能彩灯控制器。 （2）、画出数字彩灯控制器的电路图。 (3)、用进行功能仿真。 （4）、撰写课程设计说明书，要求： 课题名称; 设计任务及要求； 设计方案选择及论证（包括参数计算和器件选择等）； 附图（包括框图，单元电路，总电路及说明）及原理说明； 2.课题要求 设计一个循环可预置序列发生器，并用于控制彩灯的循环显示。八个一组的彩灯按多种不同的方式显示，组成不同的视觉效果（不同的预置产生不同的效果）。加手动方向效果控制，可使彩灯按正反两个方向移动显示。二、设计方案将振荡器的振荡脉冲进行计数，计数器的输出作为译码器的地址输入，经译码器控制各路彩灯根据相应的方式循环发亮。用框图表示如下 译码器 计数器 振荡器开关控制电路 8路彩灯三、电路元件参数计算 若选用四位二进制计数器，要达到设计要求，振荡周期t应为1秒。t=0.7(r1+2r2)c 若取r1= r2 =r, 则t2rc。 当取c=100f时，r t/（2c）=0.5/c=5k 一般电路中，取c1= 0.01f 四、振荡器的使用（555计时器）555集成时基电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谢振荡电路，产生单位脉冲，用于出发计数器，有延时操作中，冒充由一个电阻和一个电容控制。用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。电路图如下:各管脚说明：1 接地 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6门限 7 放电 8 电源电压vcc其功能主要用来产生时间基准信号。因为新欢彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级得时钟信号。五、译码器的选用（74138） 我们选用信号为74138的译码器，是一个3到8的译码器，下图是其逻辑符号及管脚排布，下表中列出了该器件的逻辑功能，从表中可以看出其输出为低电平有效，使能端g1为高电平有效，/g2,/g3为低电平有效，当其中一个为低电平，输出端全部为1！ 74138的输出是低电平有效，故实现逻辑功能时，输出端不可接或门及或非门（因为每次仅一个为低电平，其余皆为高电平） 74138与前面不同的是，其有使能端，故使能端必须加以处理，否则无法实现需要的逻辑功能。y7y6y5y4y3y2y1y0s2s3s1a2a1a0当输入a0、a1、a2在000111变化时，对应的输出y0至y7为低电平，驱动外接彩灯发亮。电路图如下：六、计数器的选用（74160） 计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部位。在此实验设计电路中我们采选四位二进制计数器74ls161。其实课预置的四位二进制的同步计数器，当置入控制器load为低电平时，在clock上升沿作用下，输出端qa-qd与数据输入端a-d相一致。当clock由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端enp，ent为高电平，则load应避免由低至高电平的跳变。其引脚功能如同76161 图如下所示 74160引脚功能：pco 进位输出端 abcd 并行数据输入端clock 时钟输入端 clear 一部清除输入端enp 计数控制端 ent 计数控制端load 同步并行置入控制端 qa-qd 输出端 其电路图如下所示：七、彩灯的控制 在彩灯控制方面采用了使用非门和双掷开关的调节，改变555振荡器的频率可以控制彩灯闪烁的快慢。 计数器输出信号输送至74138译码器。有其译码，根据计数器输出不同的额计数结果，即可控制译码器译码得到不同的输出信号，决定控制彩灯的循环变化。在数字键0-9分别控制着一种彩灯的循环模式，使得彩灯变化多种多样。0-7分别控制相应的0-7彩灯，8和9之间的相互变化使得彩灯可以通过三种不同方式变化。彩灯控制的图如下： 彩灯的图如下：八、设计原理电路总体电路图如下：九、电路仿真波形输出信号的波形图如下：十、元件列表器件列表元件型号及大小数量计数器741601译码器741381电阻1m和2m各一个2电容1uf和0.03uf各一个2振荡器5551电源12v1开关（双向选择开关）-16非门-8 十一、故障分析与改进故障分析在设计过程中，还是出现了比较多的问题，最简单也是最经常出现的问题是出现连线错误，通过逐步地检查更正这些错误。此外，在时的进位中发生了忽略考虑灯灯亮对其进位影响的错误，后来在同学和老师的帮助下解决了这一问题。设计中遇到最大的一个问题是：八个一组的彩灯不能按多种不同的方式显示，加手动方向效果控制，可使彩灯按正反两个方向移动显示。在此问题上花费比较多的设计时间，后来经过老师和同学的指导，通过加了非门和双掷开关调节，进而问题得以改正。 彩灯改进 改进方面我们通过增加芯片74194的调节来增加彩灯的变化方式，使彩灯循环方式更加很富多彩。下面是74194的引脚图片十二、心得体会 课程设计刚开始，拿着选定的题目不知道如何入手。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，再加上知道老师的说明与提示，心中才有了谱，将整个系统根据不同的功能化分成模块，在分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整个即可。 在设计过程中，几有用过的芯片，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是结果出不来。只好一条线一条线的查。 通过这次课程设计，是我受益匪浅。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。在此基础上学习而来数字系统设计电路的基本思想和方法，学会了科学的分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。但是同时也发现了自己的很多不足，过去只是单纯的学习课本知识，到真正需要运用知识的时候方才发现自己理论联系实践的能力还有待急需提高。汗水预示着结果也见证者收获，曾经为了一条连线而彻夜难以入眠，曾经为了一个小灯泡的点亮而欢呼雀跃，这段激情燃烧的岁月的岁月必将是大学四年一段美好的回忆。参考文献： 【