四路彩灯控制器课程设计循环点亮.doc

111 课程设计任务书 2009 2010 学年第二学期 专业 楼宇智能化工程技术 学号 姓名 课程设计名称 电子技术课程设计 设计题目 四路装饰彩灯控制器电路设计 完成期限 自 2011 年 6 月 1 日至 2011 年 6 月 14 日共 2 周 设计依据 要求及主要内容 一 课题意义 本课题利用电子技术知识设计出彩灯装饰控制器 该控制器具有 4 路输出 该输出不是简单的 4 路彩灯依次循环点亮 而是产生多种花样 它能使 4 路彩 灯以 依次点亮 递增点亮 闪亮 等多种花样闪烁 可用 于家庭和商铺的节日装饰 通过本课题练习 学生对综合知识应用能力 设计 能力将有较大提高 对今后从事电子产品的研制 生产 经营维修等打下基础 二 课题实现方法 本课题利用电子技术设计节日装饰彩灯电路 可以先查阅相关资料 网上 查找或参考相关书籍手册 明确课题的方向和目的 然后学习完成课题所需的 理论知识 了解电路的工作原理 在理解的基础上确定设计方案 设计出完整 的电路 提交课程设计说明书一份 三 设计内容 1 用 555 时基电路与外围电阻 电容等元件设计出振荡频率可调的超低频 振荡器 十进制计数器 脉冲分配器输出电平控制晶闸管的开合 实现 4 路彩色 灯串循环实现花样闪烁 给人们带来视觉上的动感效果 2 设计要求画出电路原理图 标注元器件及参数选择 3 设计过程中 能发现问题和并解决问题 4 编写设计报告 写出设计过程 附上有关资料和图纸 有心得体会 四 设计要求 1 设计电源电路和超低频脉冲振荡电路 2 合理连接十进制计数器使之控制后续彩灯电路的工作 一个周期后能够 自动复位 实现循环 3 设计晶闸管 彩灯连接方式电路 五 参考文献 1 贾秀美 数字电路实践技术 第一版 中国科学技术出版社 2000 2 王毓银 脉冲与数字电路 第三版 高等教育出版社 1999 3 路勇 电子电路实践及仿真 第一版 清华大学出版社 2004 4 岳怡 数字电路与数字电子技术 第一版 西北工业大学出版社 2001 5 刘常澍 数字逻辑电路 第一版 国防工业出版社 2002 6 萧宝瑾 protel 99 SE 操作指导与电路设计实例 第一版 太原理工大 学 2004 7 赵学良 张国华 电源电路 M 北京 电子工业出版社 1995 8 张义申 陆坤等 电子设计技术 M 西安 电子科技大学出版 1996 9 陈有卿 叶桂娟 555 时基电路原理 设计与应用 M 北京 电子工业 出版社 2007 10 余孟尝 数字电子简明教程 第三版 M 高等教育出版社 2006 指导教师 签字 教研室主任 签字 批准日期 年 月 日 课程设计说明书 第 页 四路装饰彩灯控制器电路设计 摘 要 由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器 74LS194 实现 通 过控制 S0 和 S1 实现右移 左移和送数 通过控制 CLR 控制清零 第一节拍 为 1 右移 第二节拍为 0 左移 第三节拍全亮为置数 1 全灭为清零 由于程 序循环一次要 12 秒 故需要一个 12 进制的计数器控制循环 第三节拍时要求 1 秒内全灭全亮各一次 故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍 而且要以相同频率控制 CLR 可以用一个 16 进制计数器产生脉冲信号 一路 送到控制 12 进制的计数器 一路经逻辑电路送到移位寄存器 关键词 计数器 数据选择器 移位寄存器 彩灯显示电路 课程设计说明书 第I页 目 录 1 绪论 1 2 电路分析 1 2 1 设计思路 1 2 2 总体方框图 2 2 3 总电路图 3 3 单元电路设计 4 3 1 多谐振荡器 4 3 2 循环控制电路 4 3 3 花样彩灯输出电路 5 3 4 总电路 6 4 使用芯片介绍 7 4 1 555 定时器 7 4 2 JK 触发器 7 4 3 74LS20 与非门 8 4 4 74LS04 非门 8 4 5 74LS08 与门 8 4 6 74LS161 计数器 9 4 7 74LS194 移位寄存器 9 总结 10 参考文献 11 课程设计说明书 第 0 页 1 绪论 设计四路彩灯控制器目的在于进一步熟悉逻辑电路 脉冲发生电路的的设 计方法及熟悉相关数字芯片的功能和使用方法 本设计通过 555 定时器 74LS161 计数器 74LS194 移位计数器等实现一个装饰四路彩灯控制器 通过这 个控制器可以实现灯的不同花色 通过这个设计可以让我们加深对电子电路的 理解 方便以后课时的学习 2 电路分析 2 12 1 设计思路设计思路 根据课程设计课题要求 要实现本系统 需要设计时钟脉冲产生电路 循 环控制电路和彩灯花样输出电路 时钟脉冲产生电路由 74LS161 分频实现 循 环控制电路由 74LS161 和 7420 实现 彩灯花样输出电路由 74LS194 和相关逻辑 电路实现 课程设计说明书 第 1 页 2 22 2 总体方框图总体方框图 图 1 总体方框图 本电路主要有四部分组成 分别是 555 定时器组成的脉冲输出电路 由脉 冲输出电路所控制的序列信号产生部分 作为移位寄存器的输入数据 由灯信 号所控制的信号控制器 用来控制移位寄存器的左移和右移 移位寄存器部分 实现灯的左移和右移 1 由 555 定时器所产生的脉冲信号 被用作移位寄存器和计数器 74LS151 的 触发信号 计数器 74LS161 的输出端 Q0 和 Q1 作为数据选择器的选择信号 因 此有在数据选择器的数据输入端接入的信号就被送到移位寄存器中 作为移位 寄存器的输入信号 移位寄存器 74LS194 在脉冲信号的作用下将信号吸收进来 实现数据的传递 即可实现灯的追逐现象 2 三个移位寄存器的状态是由计数器 74LS161 和一个 138 译码器控制 而三 排灯的状态又决定了计数器的触发 161 被设计为一个五位计数器 这是因为 三个移位寄存器的状态有五个 161 的输出控制 138 译码器 即可产生八个信 号 再有真值表 可得出移位寄存器工作状态的控制信号的最贱逻辑函数表达 课程设计说明书 第 2 页 式 将译码器的响应信号取出 经门电路即可成为移位寄存器的控制信号 控 制器处于置数 左移或右移的状态 移位寄存器的输出连接九个发光二极管 即可将输入的信号表示出来 视觉上形成追逐图案 3 2 32 3 总电路图总电路图 图 2 总电路图 课程设计说明书 第 3 页 3 单元电路设计 3 13 1 多谐振荡器多谐振荡器 应用由 555 定时器的多谐振荡器设计时通过调节 R1 R2 和 C1 的大小调节 振荡频率以达到 1HZ 的秒钟连续脉冲由 555 构成的多谐振荡器电路如下图所示 图 3 由 555 定时器构成的多谐振荡器 根据 555 定时器的功能表可知到由 555 定时器构成的多谐振荡器 接通电 源后 电容 C 被充电 当 Vc 上升到 2 3Vcc 时 触发器被复位 同时发电 BJTT 导通 此时 V0 为低电压 电容 C 通过 R2 和 T 放电 使 Vc 下降 当 Vc 下降到 1 3Vcc 时 触发器又被置位 V0 翻转为高电平 当 C 放电结束时 T 截止 Vcc 将通过 R1 R2 向电容 C 充电 而当 Vc 上升到 2 3Vcc 时 触发器又周而复 始 在输出端就得到一个周期性的方波 4 课程设计说明书 第 4 页 3 2 3 2 循环控制电路循环控制电路 图 4 12 进制循环控制电路 如果模 N 计数器的计数序列从最小 0 到最大数 N 1 那么 N 是多余的 可 用与非门检测 N 当 N 出现时 与非门输出为低 用它控制清零端 CR 将计数 器清零 此处工作状态从 0000 1011 检测 1100 异步清零 5 课程设计说明书 第 5 页 3 3 彩灯花样输出电路彩灯花样输出电路 图 5 彩灯花样输出电路 4 使用芯片介绍 4 14 1 555555 定时器定时器 图 6 555 定时器引脚图 课程设计说明书 第 6 页 4 24 2 JKJK 触发器触发器 JK 触发器为下降沿敏感的触发器 J K 1 时 JK 触发器每输入一个脉冲状态改 变一次 因此 Q 的输出是周期性的时钟脉冲 而当 Y3 和 Y4 有一个有效时 此 时为全部左移或右移状态 将脉冲信号选入电路中 由此实现时钟脉冲的分频 和选择 6 图 7 JK 触发器的引脚图 4 34 3 74LS2074LS20 与非门与非门 图 8 74LS20 与非门引脚图 74LS20 包含两个四输入与非门 其中 A1 B1 C1 D1和 A2 B2 C2 D2分别为两 个与非门的输入端 Y1和 Y2为两个与非门的输出端 7 课程设计说明书 第 7 页 4 44 4 74LS0474LS04 非门非门 图 9 74LS04 非门引脚图 4 54 5 74LS0874LS08 与门与门 图 9 74LS08 与门 4 64 6 74LS16174LS161 计数器计数器 图 10 74LS161 计数器引脚图 课程设计说明书 第 8 页 4 74 7 74LS19474LS194 移位寄存器移位寄存器 图 11 74LS194 移位寄存器引脚图 其中 D0 D1 D2 D3为并行输出端 SR为右移串行输入端 SL为左移串行输入 端 S1 S0为操作模式控制端 CP 为时钟脉冲输入端 8 课程设计说明书 第 9 页 总 结 本次设计的四路装饰彩灯控制电路与市面上大多数的 LED 彩灯相比 该种 彩灯具有更好的灯光装饰效果 性价比更高 与普通的全硬件 LED 彩灯相比具 有更好的经济效益 应用各芯片输出的控制信号去控制灯管内的 LED 板模块工 作 使得产品性能稳定 便于安装容易操作 是一种很有发展前途的彩灯控制 器 通过本次设计 我学会了综合运用各种知识 使得我理论学习得到应用 对我深刻掌握理论知识是很有帮助的 在此基础上学习了数字系统设计的基本 思想和方法 学会了科学地分析实际问题 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 同时 也培养了我认真严谨的工作作风 为以后的学习提供方便 课程设计说明书 第 10 页 参考文献 1 贾秀美 数字电路实践技术 第一版 M 中国科学技术出版社 2000 2 王毓银 脉冲与数字电路 第三版 M 北京 高等教育出版社 1999 3 路勇 电子电路