彩灯控制器课程设计.docx

课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目： 彩灯控制器设计 学 期： 2013-2014学年第2学期专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 课 程 设 计 成 绩 评 定 表评定标准评定指标标准评定合格不合格单元电路及整体设计方案合理性正确性创新性仿真或实践是否进行仿真或实践技术指标或性能符合设计要求有完成结果设计报告格式正确内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小 项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年 月 日课程设计任务书一、设计题目彩灯控制器设计二、设计任务1.有六只LED彩灯2.控制顺序是：全亮-奇数灯依次灭-偶数灯依次灭-依次亮依次灭-全亮全灭3.彩灯点亮时间为0.5S。三、设计计划电子技术课程设计共1周。第1天：选题，查资料；第2天：方案分析比较，确定设计方案；第34天：电路原理设计与电路仿真；第5天：编写整理设计说明书。四、设计要求1. 画出整体电路图。2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。3. 写出设计说明书。指 导 教师：刘桂芬时 间：2013年6月18日目录第一章 绪论11.1 课程设计参数11.2 设计要求11.3 设计方案与论证11.4 设计电路框图1第二章 各单元电路的设计22.1 NE555 工作原理22.2 23进制计数器的实现42.3 5线32线译码器52.4控制电路的实现6第三章 电路的工作原理及仿真7 3.1工作原理分析73.2 仿真电路8第四章 课程设计体会10参考文献11摘要彩灯控制器就是控制六只LED彩灯，通过点亮，熄灭不同顺序的灯实现彩灯的变化，按照要求设计六只LED灯的显示顺序，LED灯的显示时间为0.5s。设计时先观察分析要求的六只LED灯的显示顺序，然后根据观察和分析得到的规律设计出整体框架，进行总体设计后划分子系统，详细设计，然后涉及各个子系统的内部电路，之后把各个子系统分别连接在一起，最后进行电路的调试。本文设计是以中、小规模集成电路为基础，设计了一个六只彩灯控制器。根据设计要求，所设计的系统要求彩灯以全亮-奇数灯依次灭-偶数灯依次灭-依次亮依次灭-全亮全灭的顺序显示，最后利用Proteus软件进行仿真与调试，圆满的实现了该六只彩灯控制器的功能。关键词：彩灯控制器；子系统；调试；定频辽宁工程技术大学电子技术课程设计第一章 绪论1.1课程设计参数六只LED彩灯，L0,L1，L2，L3，L4，L51.2设计要求 六只彩灯按全亮奇数灯依次灭偶数灯依次灭依次亮依次灭全亮全灭的顺序显示，显示间隔0.5s1.3 设计方案与论证方案一：按照课程设计的要求，需要实现彩灯的23种状态，可以用一个23进制的计数器来执行，从0到22种状态来控制这23种状态，然后通过译码器翻译成可以实现的高低电平，最后写出这23种状态和计数器数字对应的真值表，计算出逻辑式，便可实现所要求的彩灯控制。该方案思路简单明确，控制产生的现象明显，稳定，易于实现。方案二：利用两片十进制计数器74160设计一个40进制计数器，再用个位的0到9输出状态与十位的0到3四种输出状态通过逻辑器件构成LED灯的控制电路，实现彩灯的亮灭控制。该方案LED灯的控制电路比较复杂，逻辑门器件容易出现延迟，竞争冒险，从而影响对LED灯的控制结果。综上分析比较，最后选定方案一。其易于实现，控制原理简单，而且整体性能稳定，实现的效果好。1.4 设计电路框图产生时钟脉冲信号23进制计数器5-32 译码器LED灯各个连接的门电路图1-1基本结构框图由上框图分析可知需实现控制彩灯的23种状态，此处可用一个23进制的计数器实现循环控制，用计数器从0到22的23种状态对应来控制六个LED彩灯显示的23种状态（0000010110），然后将计数器输出的十六进制数用5线32线译码器译成十进制输出，可以实现高低电平的控制。在画出23种状态转换表和技术其数字对应的真值表，列出逻辑表达式，然后用适当的与非门，或门及非门等器件，按照得到的逻辑表达式搭建逻辑组和电路，便可实现题目所要求的彩灯控制结果。第二章 各单元电路的设计2.1NE555 工作原理555定时器由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V18V范围内使用。图2-1NE555接线图555定时器工作时过程分析如下：5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。NE555极限参数：NE555 参数电源电压允许功率工作温度储存温度最高温度+18V600mW-1070-65150300表2-1NE555极限参数图 2-2 脉冲信号发生器原理图如图2-4所示，R1和C1组成一个串联RC充放电电路，在NE555的3引脚上输出一个方波信号。当接通电源后，因为电容上的初始电压为零，所以输出电压为高电平，并开始经电阻R1向电容C1充电。当充电到输入电压为v=Vt+时，输出跳变为低电平，电容C1又经过电阻R1开始放电。当放电至v=Vt-时输出电位又跳变为高电平，电容C1重新开始充电。由公式T1=（R1+R2）Cln2 T2=R2Cln2T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2得出当占空比为50%时，T1约为220s，T2约为160s，即周期T为380s。2.2 23进制计数器的实现23进制计数器是由两个16进制计数器构成，并且将23进制计数器的每个状态输出，令其对应LED的每一种状态。23进制计数器：用两片74161（具有异步清零，同步置数的功能）扩展成23进制计数器，采用并行进位方式，整体置数法。因为计数器需要23种状态（0000010110），所以先用两片74161连接成256（1616）进制计数器，然后在输出为10110（22）时，用与非门来控制两计数器的LDN端清零，完成一次完整的循环计数。 图 2-3 23进制计数器的设计电路CLKRDLDEPET工作状态0置零10预置数1101保持110保持（C=0）1111计数表 2-2 二进制计数器74161的功能2.3 5线32线译码器5线32线译码器是由5片74LS138译码器实现，他的扩展原理同两片74LS138进行4线16线扩展类似。正常的5线32线译码器应该需要5片74LS138译码器来扩展实现，但由于本设计中要求控制彩灯变化的状态只有23种，故只需要用4片74LS138即可实现5线-24线的译码功能，左边的一片74LS138芯片用于控制选择右边的三篇74LS138芯片的工作或者锁定状态，右边的三片74LS138芯片每片都可控制八种输出状态，共控制24种状态，满足题目所要求的23种状态。当接通时，先通过左边的芯片控制右边的芯片，再进行移位变化控制终端LED彩灯的状态，从而实现23种状态的循环。图2-45线32线译码器电路2.4 控制电路的实现由23进制计数器输入一个五位二进制数（0000010110），输出彩灯所对应的状态（1表示灯亮，0表示灯灭）ML0L1L2L3L4L5011111111011112101011310101041111115011111601011170101018000000910000010110000111110001211110013111110141111111501111116001111170001111800001119000001200000002111111122000000表2-3 功能真值表 由真值表所列各LED灯的逻辑表达式：L0=M0+M1+M2+M3+M4+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M21L1=M0+M4+M5+M6+M7+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M21L2=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M21L3=M0+M1+M4+M5+M6+M7+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M21L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M21L5= M0+M1+M2+M4+M5+M6+M7+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M21第三章 电路的工作原理及仿真3.1工作原理分析该设计方案需要实现控制彩灯23种状态（即开始灯全部亮1种状态，奇数的灯依次灭3种状态，然后所有的灯再全部亮1种，偶数的灯依次灭3种，然后所有的灯全灭1种，所有的灯依次亮6种，所有灯依次灭6种，全灭全亮共2种，总共23种）。先用555定时器做个多谐振荡器为计数器提供时钟脉冲信号，23进制计数器可实现对彩灯亮灭的循环控制，用计数器从0到22的23种状态对应来控制6个LED彩灯显示的23种状态（0000010110），然后将计数器输出的十六进制数用5线32线译码器译成十进制数输出，可以实现高低电平的控制。再通过画出23种状态转换表和计数器数字对应的真值表，列出逻辑表达式，然后用适当的与非门，或门及非门等器件，按照得到的逻辑表达式搭建逻辑组和电路，便可实现题目所要求的彩灯控制结果。3.2 仿真电路图3-1555定时器仿真电路图3-2555定时器仿真电路波形分析图3-3 总电路图 第四章 课程设计体会此次课程设计意义很大，不但让我懂得了以前没有理解的东西，而且使我明白学习知识的意义。通过画图和仿真不但使我更深的理解了课上学的知识，还提高了独立思考和动手能力。经过几天的努力，我终于完成了电子技术课程设计报告。通过本次彩灯控制器的设计，不但使我更加熟悉了数字电子课的知识，而且让我知道了在课本上没有的东西。通过查找资料图书，上网搜索，掌握了由555定时器改装成多谐振荡器产生时钟脉冲方法和原理，了解了脉冲信号发生器工作原理和使用方法。通过本次课程设计，使我知道我现在所学到的知识还远远不