毕业论文_彩灯显示控制电路的设计.doc

毕 业 (设 计) 论 文题目： 彩灯显示控制电路的设计 系部： 电气工程与自动化 专业： 机电一体化 班级： 机电A1204班 姓名： 胡豪 指导教师： 刘艳萍 山西职业技术学院14山西职业技术学院毕业论文目 录摘 要31、系统简介41.1系统简介41.2系统的特点42、系统功能72.1设计要求72.2设计彩灯显示控制电路7结 束 语11附 录12参考文献13摘要 电子技术试验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力，培养学生具有严谨的工作作风。实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公务的优良品质，从今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。随着人们生活水品的提高，环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到很多彩色的霓虹灯。特别是当今充满竞争的时代，各地政府为吸引游客和投资者，在城市的沿街、沿道、沿河、沿线等地用霓虹灯造景，实施“亮化工程”,以美化环境、树立城市形象。当今时代是一个新技术层出不穷的时代，尤其是在自动化智能控制的电子领域，给人们的生活增添了色彩，也带来了方便和舒适。比如五颜六色的广告流水灯每到晚上把许多娱乐场所、理发店、宾馆、饭店、公司的门外点缀的格外迷人。为了使造价低廉、清洁无污染的LED灯在电子产品装饰、显示屏电子广告、数码与字符显示、节能灯等领域得到广泛的应用，采用LED灯来装饰已成为一种时尚。采用数字基层电路的控制方法，结合十进制计数器/译码电路设计了该控制电路系统。该系统由电源、时钟电路、计数器和译码显示电路4部分组成。能实现任意方式的流水，只要改变每路发光二极管的数目和图案，就可以随心所欲的流水花样。它可以分为工作状态指示，具有环保、节能等特点。制作流水灯的方法有多种，有传统的分立元件，由数字逻辑电路构成的控制系统和单片机智能控制系统等。 关键词：555定时器；循环点亮；74ls138 3-8译码器；74LS161计数器；1、 系统简介1.1 系统简介 （1）设计采用74LS138芯片，实现4位彩灯循环点亮电路。 74LS138为3-8线译码器，他的工作原理是：当一个选通端（E1）为高电平，另俩个选通端E2和E3为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。举例说明：如果A2A1A0=001，那么Y1输出0，其余输出1，发光二极管阴极接Y0-Y7，阳极接VCC，接上限流电阻，则Y1端发光二极管发光。课题要求设计四位二极管循环点亮，则需要一系列脉冲序列，使得A2A1A0电平发生变化。即依次选通Y0-Y7，脉冲从000-111。（2）设计利用74LS161产生脉冲序列000-111控制74LS138的A2A1A0，依次选通Y0-Y7，并作为计数器。采用555定时器产生方波，作为计数的时钟脉冲。将振荡器的震荡脉冲进行计数，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依次发亮。用图1表示如下。八位发光二极管74LS138选通发光二极管74LS161产生000-111脉冲序列555定时器产生方波图11.2 系统的特点由555定时器组成多谐振荡器，作为电路时脉冲源。74LS161组成计数电路，74LS138组成译码电路对计算电路的脉冲进行译码输出，驱动4个发光二极管的亮、灭。彩灯的控制是用数字集成电路的构成来实现的，用彩灯（LED发光二极管）构成一个发光矩阵。主要用计数器和译码器等来实现，其特点是用发光二极管显示，构成具有循环功能的彩灯控制电路。2、 系统功能2.1设计要求四路彩灯循环点亮电路功能描述：四只彩灯按顺序轮流点亮，首先点亮第一盏灯，在第一盏灯熄灭之后，点亮第二盏灯，在第二盏灯熄灭之后，再去点亮第三盏灯，以此类推，直到点亮第四盏灯，看上去的效果就像亮点从第一盏灯依次流向第四盏灯，然后有点亮第一盏灯，反复循环这一过程。2.2 设计电路分析 1发光二极管设计 所选取的红色发光二极管，导通压降为1.5-2V，取1.5V计算，导通电流为2-5mA，如图所示，最大R=（VCC-1.5）/2=1.75k，最小R=（VCC-2）/5=700 ，但做实际电路时限流电阻取470电阻，所以仿真及原理图绘制时都选取的470。 2脉冲序列设计 采用反馈置数法，产生000-111脉冲序号，时钟脉冲外部接入，原理图如图2所示 图2 3矩形波发生器 利用555定时器构成多谐振荡电路，由RC电路充放电公式计算T1=0.7（R1+R2）C, T2=0.7R2C, T=T1+T2. 通过计算可得到一定频率，一定占空比的方波信号，此处C=0.1F。如图3所示。 图32.2.1 555定时器 555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR 的电压小于VCC /3，则比较器C2 的输出为 0，可使RS触发器置 1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则C1 的输出为0，C2 的输出为1，可将RS 触发器置0，使输出为0电平。2.2.2 555定时器的构成及各管脚的功能555定时器内部结构的原理图简化如图4所示。它是由俩个电压比较器、放电三级管、一个由与非门构成的RS触发器，以及由三个5K的电阻构成的分压器组成。电压比较器C1的参考电压为2/3Ucc，加在同时输入端；C3的参考电压为1/3Ucc，加在反相输入端。两者均可由分压器上取得。555定时器的封装为8引脚的双列直插芯片。其中：1为接地端；2为低电平触发端，当2端的输入电压高于1/3Ucc时触发器保持不变，当2端的输入电压低于1/3Ucc时基本RS触发器触发置“1”；3为输入端；4为基本RS触发器的直接复位端，由此输入的低电平信号可是触发器直接复位（置“0“）；5为电压控制端，不用时可直接经电容接地； 6为高电平触发端，输入电压低于2/3Ucc时触发器保持不变，输入电压高于2/3Ucc时触发器置“0”； 7为放电端，常用于给外接电容元件提供放电通路； 8为电源端，一般接在5-18v的直流电源上。图4 该电路输出矩形脉冲的周期取决于电容器充、放电的时间常数，显然其充电时间常数1为（R1+R2）C,放电手机间常数2为RC，故输出的矩形波的周期为0.7（R1+2R2）C。通过改变电容的大小来改变充电、放电的时间常数就可以改变矩形波的周期和脉宽。2.2.3 74LS16174LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。原理：这种同步可预置四位二进计数器是由四个D 型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数、置数、禁止、直接（异步）清零等功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。这种工作方式消除了非同步（脉冲时钟）计数器中常有的输出计数尖峰。缓冲时钟输入将在时钟输入上升沿触发四个触发器。这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平。当预置是同步时，在置数输入上将建立一低电平，禁止计数，并在下一个时钟之后不管使能输入是何电平，输出都与建立数据一致。清除是异步的（直接清零），不管时钟输入、置数输入、使能输入为何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器的输出直接置为低电平。有了超前进位电路后，无须另加门，即可级联出n位同步应用的计数器。它是借助于两个计数使能输入和一个动态进位输出来实现的。两个计数使能输入（ENP 和ENT）计数时必须是高电平，且输入ENT必须正反馈，以便使能动态进位输出。因而被使能的动态进位输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度近似等于QA 输出高电平。此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。使能ENP 和ENT 输入的跳变不受时钟输入的影响。电路有全独立的时钟电路。改变工作模式的控制输入（使能ENP、ENT 或清零）纵使发生变化，直到时钟发生为止，都没有什么影响。计数器的功能（不管使能、不使能、置数或计数）完全由稳态建立时间和保持时间所要求的条件来决定。2.2.4 74LS161的构成及各管脚的功能 74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能：图5管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0-P3；清零/MR；使能CEP.CET；置数PE；数据输出端Q0-Q3；以及进位输出TC。2.2.5 74LS138译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，其可以分为：变量译码和显示译码两类。变量译码一般是一种较少输入变为较多输出的器件，一般分为2n译码和8421BCD码译码两类。显示译码主要解决二进制数显示成对应的十、或十六进制数的转换功能，一般其可分为驱动LED和驱动LCD两类。译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码，都赋予了特定的含义，即都表示了一个确定的信号或者对象。把代码状态的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，实现译码操作的电路称为译码器。或者说，译码器是可以将输入二进制代码的状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。根据需要，输出信号可以是脉冲，也可以是高电平或者低电平。图674HC138管脚图：74LS138为3线8线译码器，共有54/74S138和 54/74LS138两种线路结构型式，其工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。2.2.6 总接线图图7结束语 紧张而又幸苦的课程结束了，当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经历过一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿感心旷神怡。眼前豁然开朗。这次课程的设计让我懂的了许多，只有通过不断的尝试，不断的努力，才能达到目的，虽说实验过程很幸苦，但是很值得，我相信以后我会有更强大的信念去完成任务，不仅仅完成而且会完成的很好，只有付出才有回报，课程设计是我们专业课程，知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会从事事业工作前一个必不可少的过程，千里之行始于足下，通过这次课程设计，我深深体会到这局千古名言的真正含义，我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地的迈开这一步，就是为明天能稳健的在社会大潮中奔跑，打下坚实的基础。此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，购买元器件，组装，调试直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。 通过这次实践，极大的锻炼了电路设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。 毕业设计收获很多，作为机电专业的学生，设计是我们将来必需的技能，这次课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的仿真再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。 同时，毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚韧的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个模块电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路可稳定工作。 虽然马上要毕业了，但是这次实践使我明白自己知识还很浅薄，自己的求学之路还很长，我会争取把本系统应用到实际工作中，使之产生商业价值。电子技术发展日新月异，我会在以后的研发中加入新技术，使之更趋完善，总之本次毕业设计是我的电子研发之路的良好开端。我会以此为契机以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。 附录 74LS138真值表： 74LS161功能表：输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1 从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS1