循环彩灯控制刘程程 - 作业.doc

湖南文理学院课程设计报告课程名称： 电子技术课程设计 院 系： 电气与信息工程学院 专业班级： 通信09103班 学生姓名： 刘程程 指导教师： 王文虎 完成时间： 2010.6.25 评阅意见：评阅教师 日期 报告成绩： 循环彩灯控制器的设计目 录摘要IAbstractII第一章 绪论1第二章 循环彩灯控制器的设计方案22.1 工作原理22.2设计方案2第三章 循环彩灯控制器的单元设计33.1 时钟脉冲产生电路33.2 编码发生器43.3控制电路63.3.1逐一分析单一花型63.3.2、节拍控制脉冲的产生7第四章 循环彩灯控制器仿真94.1显示电路94.2时钟脉冲波形产生电路94.3彩灯控制器电路11总 结12参考文献13致 谢14附录1 循环彩灯控制器电路元件明细表15附录2 循环彩灯控制器电路原理图16摘要循环彩灯控制器电路是由控制电路、编码发生电路和输出驱动电路等组成。控制电路为编码器提供所需的节拍脉冲和驱动信号，控制整个系统工作。编码发生电路根据花形要求，按节拍送出8位状态编码信号，以控制彩灯按规律亮或灭。输出驱动电路是一环节，输出信号通过驱动电路控制彩灯。用中、小规模集成电路设计台节目的彩灯控制器。以移位寄存器为核心元件，选用了计数器、触发器、反相器等元器件，设计制作一个8路循环彩灯控制器。根据设计基本要求，设计彩灯组成两种花形，每种花形连续循环两次，各种花形轮流交替。运用Protel 99SE软件绘制电路原理图，设计过程中采用仿真软件Multisim2001和Protues进行仿真分析，实现循环彩灯控制器的功能。关键词：彩灯控制器； D触发器； 移位寄存器； Protel 99SE； Multism2001； ProtuesAbstractLantern controller cycle control circuit by circuit, coding circuit and output driver circuit and so on. Control circuit for the encoder to provide the necessary impulse and drive the beat signal, control the entire system. Coding circuit in accordance with the requirements Hanagata, beat out by the state of encoding 8-bit signal to control the light or lantern out in accordance with the law. Output driver circuit is a link, the output drive circuit control signal lantern. With medium and small scale integrated circuit design to Taiwan Lantern controller program. To shift register as the core components, selected counters, flip-flop, inverter and other components, the design of the production cycle of an 8-way controller lantern. According to the design of the basic requirements for the design of the composition of the two flower-shaped lanterns, each successive cycle Hanagata twice, alternating between a variety of flower-shaped.The use of Protel 99SE schematic circuit drawing software, the design process using simulation software to simulate Multisim2001 and Protues analysis, to achieve the functions of the controller cycle lantern.Keywords： lantern controller； D flip-flop； shift register； Protel 99SE； Multism2001 ；Protues17电子课程设计：循环彩灯控制器第一章 绪论循环彩灯控制器的需求分析是产品设计及生产的首要前提，通过分析来了解该产品的市场需求。根据市场的需求来完善其功能，以满足市场需要。根据市场需求的调查显示，许多商业广告、公益广告、娱乐场所等，大多采用循环彩灯控制器的形式。它们通过巧妙构思与创作，做到广告、彩灯等作品色彩鲜艳，富有创意，变化形式丰富，起着宣传和美化环境的作用，营造文明亮丽氛围，总体来说彩灯控制电路运用极其广泛。在当今，科技迅速发展，人们的生活水平提高了，在这基础上，消费普遍增长，为满足消费者的需求，供人们消费的地方迅速扩长。彩灯的应用也成为其中不可或缺的一部分。依据需求，应用彩灯控制原理来实现不同场所的氛围环境，充分突出其作用。循环彩灯在很多方面起着装饰、美化等多种效果。随着时代的发展和社会的进步，电子技术已经普及到我们的生活、工作和科研等各个领域。而在当今的各种文艺演出场所，如舞厅、剧院等，灯光控制是一项重要的工作。那些五彩斑斓、变化不定的灯光能有效地烘托演出气氛，突出主题。循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门，而且有专门的可编程彩灯集成电路。绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的。也随着技术的不断更新以及人们对其的追求，在彩灯控制这一领域得到很大的发展，不同种类的、不同形状的、最新的等应运而生。促使彩灯控制领域迅速发展，使其得到更广泛的应用。第二章 循环彩灯控制器的设计方案循环彩灯控制器的设计方案是通过设计整体电路来达到目的：对已经学过的知识的应用、巩固和学习，掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力；通过彩灯控制器的设计，了解电子产品的设计思路，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程。2.1 工作原理根据设计要求，本系统有控制电路、编码发生电路和输出驱动电路等组成。其彩灯控制器的总体框图如图2.1。脉冲产生电路控制电路编码电 路驱动电路图2.1 彩灯控制电路总体框图彩 灯2.2设计方案整体电路主要由控制电路、编码电路、驱动电路三个环节构成，其中以移位寄存器为核心进行设计，编码器中数据输入端和控制器的接法由花形决定。应用移位寄存器对所需花形进行编码，利用移位寄存器的移位功能，将灯的亮、灭看成不同的数字输入，形成不同的序列，即花形的产生；利用74LS163计数功能、D触发器寄存数据功能来实现节拍的产生；加上555时基电路构成多谐振荡器，提供脉冲信号来控制系统的工作。第三章 循环彩灯控制器的单元设计3.1 时钟脉冲产生电路时钟信号的产生方式很多，本电路设计使用555定时器，555定时器电路是一种双极性中规模集成电路，只要在外部配上几个适当的阻容。元件和适当的电路连接，就可以构成多谐振荡器。该器件的电源电压为4.5V-18V，驱动电流也较大，并能提供与TTL.MOS电路相兼容的逻辑电平。555组成的多谐振荡器可以用作各种时钟脉冲发生器，如图2.1所示电路为脉冲频率可调的矩形脉冲发生器。由于电容C1的充放电回路时间常数不相等，所以电路的输出波形为矩形脉冲，矩形脉冲的占空比随频率的变化而变化。因为彩灯控制器对频率的要求不高，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的时钟信号就可以实现脉冲的控制。左为NE555定时器的引脚图。输 入输 出阀值输入TH（6）触发输入（2）复位（4）输出OUT（3）放电管D（7）00导通2Vcc/32Vcc/3Vcc/310导通Vcc/31不变不变附：555定时器功能表如下：3.2 编码发生器编码发生器根据花形要求，按节拍送出8位状态编码信号，以控制彩灯按规律亮或灭。因为彩灯路数少，花形要求不多，可选用移位寄存器输出8路数字信号，控制彩灯发光。编码发生器采用两片4位通用移位寄存器74194来实现。74194具有异步清零和同步预置、左移、右移和保持等多种功能，控制方便灵活。8路彩灯用两片74194组成8位移位寄存器，花形设计比较灵活。 附：寄存器及移位寄存器是数字系统常见的重要部件，除在计算机中广泛用于存放中间数据外，它在其他方面的应用，目前在有关教材中只介绍可构成环形或扭环形计数器。将移位寄存器设计成彩灯控制电路。由于电路本身实用，如果再通过计算机仿真，就可以直观地看到循环彩灯控制效果，从而产生浓厚兴趣。如果稍微改动控制电路，就可以改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。这对于培养我们发散思维能力可以起到一定作用。控制电路是由学生学习过的单元电路组合而成的。电路原理容易理解，通过讲解可以培养学生综合应用知识的能力。输入输出行清零控制信号串行输入时钟CP并行输入 右移 左移 L L L L L1HL L 2HL HL L 3HL HH H 4HH L L L5HH L H H6HH H 7附：74ls194逻辑功能表现在简单介绍一种移位继承器芯片74LS194，此次的设计是以它为核心，进行控制循环彩灯的亮或灭的规律。且上面已经给出其芯片的引脚图，以及74LS194的逻辑功能表，从表中可以看出：它实现了数据保持、左移、右移、并行输入和并行输出等功能，即当=00时，保持；当=01时，右移；当=10时，左移；当=11时，并行输入。移位寄存器的8个输出信号通过驱动电路控制彩灯，编码器中数据输入端和控制端的接法由花形决定。此电路设计选择下列花型：花形由中间到两边对称地依次点亮，全部点亮后，仍由中间向两边依次熄灭。花形8路彩灯分两半，从左自右顺次点亮，再顺次熄灭。根据选定的花形，可列出移位寄存器（编码发生器）输出状态编码，如表2.1所示。表2.1 输出状态编码节拍脉冲编码L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7L8节拍脉冲 编码L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7L8花形花形花形花形1000000000000000061110011101110111200011000100010007110000110011001130011110011001100810000001000100014011111101110111090000000000000000511111111111111113.3控制电路 控制电路为编码器提供所需要的节拍脉冲和驱动信号，控制整个系统工作。控制电路的功能主要有两个：一是按需要产生节拍脉冲；二是产生移位寄存器所需要的各种驱动信号。控制电路设计通常按照下述步骤进行。3.3.1逐一分析单一花型逐一分析单一花型运行时，移位寄存器的工作方式和驱动要求，按照表2.1所列工作状态，决定74LS194移位寄存器工作的状态顺序，同时是分析移位寄存器工作方式和驱动要求的依据。花形是8拍一个循环，自动清零。状态变化需两片对称，将其中一片74LS194接成4位左移扭环计数器，另外一片74LS194接成4位右移扭环计数器就可以实现。接线如图3.3.1示。图3.3.1花形接线花形也是8拍一个循环，第9拍自动清零。因此74LS194的清零端可以直接接高电平。74LS194要实现的Q0向Q3移动，对74LS194来讲都是右移，Q3经过反相器74LS04后应与DSR连接，而DSL可以接任意电平。控制端S0应与高电平连接，而S1应与低电平相连接。具体如图3.3.2示。图3.3.2 花形接线由以上两种花形工作方式可知，对U1和U2来讲，清零端始终接高电平。U2在两种不同的情况下，工作方式不变。因而相应的控制端S1接低电平，S0接高电平。U1随工作方式的不同，其控制端的要求也不同，具体的控制端与信号的关系如表2.2所示。其中A为节拍控制信号。 表2.2 控制端和信号关系控制端花形花形S0AAS1/A/ADSR/L8DSL/L13.3.2节拍控制脉冲的产生按照上面分析可知，每种花形是8拍一循环，一种花形循环两次需要16拍。实现一个大循环需要32拍。因此节拍控制需要基本节拍脉冲、16拍的节拍脉冲和32拍的节拍脉冲。节拍控制脉冲产生电路如图3.3.3所示。图3.3.3 节拍控制脉冲产生电路附:74LSl63是同步四位计数器，当输入周期性脉冲信号时，其输出为二进制数形式，并且随着脉冲信号的输入，其输出在0000-1111之间循环变化。附：74ls163逻辑功能表输入输出CR LD CP 0 1 O 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 计数 保持 保持第四章 循环彩灯控制器仿真电路仿真是设计电路的一重要环节，借助Multisim 2001和Proteus软件对电路进行仿真。Multisim 2001软件是EWB软件的最新版本，专门用于电路仿真，是迄今为止使用最方便、最直观的仿真软件，增加了大量的PLC元件模型，可以仿真更复杂的数字电路，在保留了EWB形象直观等优点的基础上，大大增强了软件的仿真测试和分析功能，大大扩充了元件库中的元件的数目，特别是增加了大量与实际元件对应的元件模型，使得仿真设计的结果更精确、更可靠、更具有实用性。Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试。4.1显示电路主要由发光二极管组成，当74LS194的输出端依次输出高电平时,驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66 v左右，电流在5 mA左右，因此，在输出端与发光二极管之间接一起限流作用的电阻。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯，这样循环起来就更加好看了。4.2时钟脉冲波形产生电路电路中555定时器组成多谐振荡器，输出一定频率的矩形脉冲。时钟脉冲波形产生电路图如图4.1。其中以NE555为核心元件，通过调节滑动变阻器来控制输出脉冲的频率，其中输出波形周期：T=0.7C2（R1+2R2）。输出波形如图4.1。图4.1 时钟脉冲波形产生电路图4.3彩灯控制器电路根据以上各单元电路的方案分析与设计，以及电路图，在仿真软件里，根据需要，稍做改善，做出电路原理图，如图4.2。图4.2 循环彩灯控制电路原理图总 结循环彩灯控制器电路由编码发生电路、控制电路和输出驱动电路三部分构成。编码电路根据花形需要，按节拍送出8位状态编码信号，以控制彩灯按规律亮或灭，控制电路为编码器提供所需的节拍脉冲和驱动信号，控制整个系统工作。其中以移位寄存器为核心元件，来控制灯亮与灭。通过观察LED的亮与灭，可以了解到其中的规律，以及对移位寄存器功能的一种验证。通过本次简单的电路原理图的设计，结合基本原理可以做出更美观的，更复杂的彩灯控制器的设计。利用仿真软件，实现了每个模块的仿真，在仿真过程中基本将出现的问题解决后，依据电路图作出实物。通过这次电子技术课程设计，我对我们所学的专业有了新的认识，也对我们所学专业的前景充满信心。以前对我们专业是干么的都不清楚，也失去一些兴趣，经过这次的设计，让我重拾信心。这次设计真得让我受益匪浅。参考文献1彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社，20082李银华.电子线路指导M.北京：北京航空航天大学出版社，20053康华光.电子技术基础数字部分（第五版）M.北京：高等教育出版社，20064金维香