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毕业设计论文
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四花样彩灯课程设计,毕业设计论文
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四花样彩灯控制器 - 1 - 电子信息工程学院 电子基础课程设计任务书 I、电子基础课程设计题目： 四花样彩灯控制器 II、 电子基础课程设计技术要求及主要元器件： 彩灯一亮一灭 ,从左向右移动；彩灯两亮两灭 , 从左向右移动；四亮四灭，从左向右移动；从 1 8 从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭；四种花样自 动变换 。 主要元器件 ： 555,74LS93,74LS74,74LS153,74LS164 III、 电子 基础 课程设计工作内容及进度安排： 首先要对四花样彩灯的工作原理非常熟悉； 然后根据 原理设计出电路图；再者就是领电路所需的电 子器件和焊接；最后就是要调试电路 直至电 路 能正常工作。 进度安排 ：前三天查资料和设计，其余的时间焊接。 、主 要参考资料： 电子电路计算机仿真技术 新颖电子灯光控制器 Multisim 电路仿真入门与进阶 数字电路逻辑设计 专业名称： 通信工程 班级学号： 05042129 学生姓名： 吴武松 指导教师： 张华南 设计时间： 2007 年 9 月 13 日 系 (部、中心 )主任： nts四花样彩灯控制器 - 2 - 摘要 四花样彩灯控制器是利用几种芯片来控制不同数量而有规律的彩灯的亮灭。 彩灯控制器的第一种花样为彩灯一亮 一 灭，从左向右移动；第二种花样为彩灯两亮两灭，从左向右移动；第三种花样为彩灯四亮四灭，从左向右移动；第四种花样为彩灯 1到 8 从左到右逐次点亮，又从左到右逐次熄灭。 4 种花样自动变换，循环往复 。电路图包括移位寄存器，计数脉冲，分频器 ， 数据选择器 等器件 。主要由 555 振荡电路产生两种不同周期的 矩形脉冲，在经 74LS93 分频后得到四路分频信号，由 74LS74 74LS153 组成的 选通电路来 控制彩灯亮灭的顺序，从而出现彩灯四种花样自动切换。这次课程设计报告说明了设计的 全 过程，包括原理分析、电路说明、过程说明、设计方案说明、原理图说明、故障以及故障排除说明。 关键词 : 移位寄存器 计数脉冲 分频器 数据选择器 nts四花样彩灯控制器 - 3 - 目 录 任务书 1 第一 章 实验设计要求 5 第二 章 电路结构及工作原理 6 2.1 设计方案 6 2.2 电路组成 原理 6 2.3 电路设计组成及电路参数 8 2.3.1 矩形脉冲信号发生电路 8 2.3.2 分频电路 8 2.3.3 数据选择电路 9 2.3.4 移 位 寄 存 电路 10 2.4 电路工作原理 10 第三 章 集成芯片简介 11 3.1 555芯片 11 nts四花样彩灯控制器 - 4 - 3.2 74LS93（ 4 位二进制计数器） 12 3.3 74LS74（双上升沿 D 型触发器） 13 3.4 74LS153 （双 4 选 1 数据选择器） 14 3.5 74LS164（ 8 位移位寄存器 ） 15 第四 章 路的调试及收获体会 16 4.1 电路的调试 16 4.2 收获体会 17 结论 18 参考文献 19 附录一 20 附录二 21 nts四花样彩灯控制器 - 5 - 前言 本课程设计要求作者对脉冲数字电路和低频电子电路等知识综合运用，从而设计出解决方案。 电 子课程设计是对以前学科知识的综合，检验学生掌握电子学科的理论知识的程度，也是学科教学中的一个十分重要的环节。通过把理论与实践相结合，提高理论水平，锻炼实践动手能力。同时，对于学生对电子学科的学习兴趣也是有极大的激发作用，让同学在自己动手制作的过程中找到乐趣，加深对学科知识的理解及消化，为以后的学习打下良好的基础。 在当今的社会里，彩灯已经成为我们生活的一部分，能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。四花样彩灯控制器主要是通过电路产生有规律变化的脉冲信号来实现彩灯的各种变化。 它 的主要器件是寄存器。 现 如今寄 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，目前在教材中只介绍可 构成环形或扭环形计数器。本次实验由于触发器具有记忆的功能，笔者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，笔者可以直观地看到循环彩灯控制效果。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。 控制电路是由笔者学习过的单元电路组合而成的，主要由 555 振荡电路产生一矩形脉冲，在经 74LS93分频后得到四路分频信号，由 74LS74 74LS153 组成的电子开关去控制这四路分频信号，进而控制彩灯亮灭的顺序，从而出现彩灯四种花样自动切换 通过这一综合训练培养了学生 严肃认真的工作态度和科学作风 ,为今后从事电路设计和研制电子产品打下初步基础， 检验学生的理论实践的能力，动手能力，分析和处理问题的能力，自学能力。通过本次课设提高了大家的动手和动脑能力，增强了大家对电子方面的学习兴趣及自学能力，本次课程设计使大家学到了很多，知道了自己在哪一方面的不足，为今后的学习提供了方向，使大家有了个质的提高 。 nts四花样彩灯控制器 - 6 - 第一章 实验设计要求 设计一四花样自动切换的彩灯 控制器， 要求实现 ： （ 1） 彩灯一亮一灭，从左向右移动； （ 2） 彩灯两亮两灭，从左向右移动； （ 3） 四亮四灭，从左向右移动； （ 4） 从 18 从左向右逐次点亮，然后逐次熄灭； （ 5） 四花样自动切换。 nts四花样彩灯控制器 - 7 - 第二 章 电路结构设计方案及工作原理 2.1 设计方案 方案一 图 2.1 电路原理图 2.2 电路组成原理 两个 555 接成多谐振荡器。由于 R 与 C 的值不同。根据公式 T=0.7(R1+2R2)C 公式 （ 2.1） 可以得到两个不同的 CP 脉 冲，上面那个 555 产生的脉冲传到 74LS93，此时 93 接成 16 进制记数器，其脚 12， 9， 8， 11 分别是脉冲的 2， 4， 8， 16 分频。下面的555 产生的脉冲 2 传给 74LS74，这里 74 接成 4 进制记数器， 74 的 5,9 脚接到 74LS153的地址选择端，选通 93 的 12， 9， 8， 11 脚。 74LS164 是 8 位单向移位寄存器，它是产生移动灯光信号的核心器件。移位寄存器 74LS164 的 8 个输出端的高低电平控制发光二极管的亮灭，输出高电平发光二极管亮，输出低电平发光二极管灭。电路的+6V 电源由稳压电源提供。当分别选通 12， 9， 8， 11 时， 164 的输出电平为一nts四花样彩灯控制器 - 8 - 高一低，两高两低，四高四低，依次为高和依次为低，也就达到了我们要的效果。 方案二 图 2.2 电路原理图 同上 555接成多谐振荡器，产生的脉冲传到 74LS93，此时 93接成 16进制记数器，其脚 12， 9， 8， 11分别是脉冲的 2， 4， 8， 16分频。其 16分频的脚接到 74LS74，这里 74接成 4进制记数器， 74的 5,9脚接到 74LS153的地址选择端，选通 93的 12， 9， 8，11脚。 74LS164是 8位单向移位寄存器，它是产生移动灯光信号的核心器件。移位寄存器 74LS164的 8个输出端的高低电平控制发光二极管的亮灭，输出高电平发光二极管亮，输出低电平发光二极管灭。电 路的 +6V电源由稳压电源提供。当分别选通12， 9， 8， 11时， 164的输出电平为一高一低，两高两低，四高四低，依次为高和依次为低，也就达到了我们要的效果。 方案的比较： 方案二的电路比方案一的电路简单，更好接线。但方案一的优点在它有两个 555都接成多谐振荡器，它不但能够控制每个彩灯亮灭的时间，而且可以控制每种花样持续的时间 ,使的实验结果能更好的呈现出来。 两种方案一比较，笔者感觉方案一比方案二做出的电路性能更好，所以笔者选用了方案一。 nts四花样彩灯控制器 - 9 - 2.3 电路设计组成及电路参数 2.3.1 矩形脉冲信号发生电路 图 2.3 由周期的计算公式： T=0.7(R1+R2)C1 得方波。其波形如下所示： 图 2.4 另一个 555 产生的信号可以根据实际况做适当的调节。保证花样转换的时间。 2.3.2 分频电路 74LS93 在此主要完成信号分频的功能。就是将信号分为 2， 4， 8， 16 分频信号。 其分频电路图如下： nts四花样彩灯控制器 - 10 - 图 2.5 它的输出端的信号波形如下所示： 图 2.6 2.3.3 数据选择电路 图 2.7 该电路主要完成自动切换状态的功能，是本设计的关键电路。 nts四花样彩灯控制器 - 11 - 2.3.4 移位寄存电路 图 2.8 该电路实现移位寄存功能，即实现彩灯的从左往右亮也是本设计的主要电路之一。 2.4 电路工作原理 555 都接成多谐振荡器。根据公式 2.1 T=0.7(R1+2R2)C 调节电位器，就可以改变 CP 脉冲的时间，上面那个 555 产生的脉冲传到 74LS93，此时 93 接成 16 进制记数器，其脚 12， 9， 8， 11 分别是脉冲的 2， 4， 8， 16 分频。下面的 555 产生的脉冲传给 74LS74，这里 74 接成 4 进制记数器， 74 的 5,9 脚接到 74LS153 的地址选择端，选通 93 的 12， 9， 8， 11 脚。 74LS164 是 8 位单向移位寄存器，它是产生移动灯光信号的核心器件。移位寄存器 74LS164 的 8 个输出端的高低电平控制发光二极管的亮灭，输出高电平发光二极管亮，输出低电平发光二极管灭。电路的 +6V 电源由稳压电源提供。 当 74 的输出为“ 00”时， 选通脚 12， 为 2nts四花样彩灯控制器 - 12 - 4 输出 1 7 2 5 6 3 8 V cc 0.01F C R 2 R 1 分频信号，是一个 0101010101010101序列脉冲，实现花样一；当 74 的输出为“ 01”时，选通脚 9， 为 4 分 频信号，是一个 0011001100110011序列信号，实现花样二；当的输出为“ 10”时，选通脚 8，为 8 分频信号，是一个 0000111100001111序列脉冲，实现花样三；当 74 的输出为“ 11”时，选通脚 9，为 16 分频信号，是一个 0000000011111111序列脉冲，实现花样四。这样 74LS164 的输出电平为一高一低，两高两低，四高四低，依次为高和依次为低，也就达到了我们要的效果。 第三 章 集成芯片简介 3.1 555芯片 图 图 3.1 555芯片原理 及引脚图 555 定时器电路及逻辑符号如图 4.1， 6 脚为 阈值输入端 ， 2 脚为 触发输入端 ，RD 为异步置 0 端。在此， 555 被接成多谐振荡器的形式。 图 3.2 555 引脚图 振荡周期 T=0.7(R1+2R2)C 公式 （ 3.1） 3.2 74LS93（ 4 位二进制计数器） C1UR15k5kC25kUR2& 14G1R QQG2SG3G43V18UCCUCOU6( TH )5( TR )6217UoRD( a )12348765地U2UoRDUCC放电端U6UCO5 5 5( b )U2放电端nts四花样彩灯控制器 - 13 - 74LS93 逻辑符号如图 4.3， 2 3 端为置 0 输入端，同时为高电平有效。 图 3.3 74LS93 原理图 图 3.4 74LS93 引脚图 表 3 1 74LS93 功能表 3.3 74LS74（双上升沿 D 型触发器） 复位输入 输出端 RO1 RO2 Qd Qc Qb Qa 1 1 0 0 0 0 0 计数 0 计数 U1QA12QB9QD11QC8IN B1R 012R 023IN A147 4 L S 9 3 Dnts四花样彩灯控制器 - 14 - 图 3.5 74LS74 原理图 图 3.6 74LS74 引脚图 表 3 2 74LS74 功能表 3.4 74LS153（双 4 选 1 数据选择器） PRE CLR CLK D Q Q 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 保持 U1A74LS 74D1D21Q51Q61C LR11C LK31PR4U1B74LS 74D2D122Q92Q82C LR132C LK112PR10nts四花样彩灯控制器 - 15 - 图 3.7 74LS153 原理图 图 3.8 74LS153 引脚图 表 3 3 74LS153 功能表 U22Y92C 0102C 1112C 2122C 313A14B2 1G11Y71C 061C 151C 241C 33 2G157 4 L S 1 5 3 Dnts四花样彩灯控制器 - 16 - 3.5 74LS164（ 8 位移位寄存器） 图 3.9 74LS164 原理图 选择输入 数据输入 输出 B A C0 C1 C2 C3 G Y 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 nts四花样彩灯控制器 - 17 - 图 3.10 74LS164 引脚图 表 3 4 74LS164 功能表 第四 章 电路的调试及收获体会 4.1 电路的调试 这个电路相对而言比较简单，调试起来本来应该不是很难。可是我发费的时间和想像的相差的很大，用的时间远远比设想的多。首先就是元器件的焊接， 一直以nts四花样彩灯控制器 - 18 - 为焊接好简单而且我以前还焊接过几次，可是一但开始焊接时就发现自己在这方面和其他同 学相差好大，于是便要减低速度来保证焊接的板子好看一点。 而且焊接时要非常认真，一不小心就会焊错，经过一天半的时间焊接我和搭档终于完成了焊接。其次就是电路虽然焊接好 了但是不能正常工作，排除电路的焊接错误， 彩灯会出现亮和灭，但是不会按照设计的 出现灯的亮和灭。会出现无规律的 亮灯。于是我们便从电路的最后的一步开始检查看是不那个芯片出现了问题。经过我们的努力，我们终于 发现了是由于两个 555芯片发生的矩形脉冲 的周期出现了误差才会导致出现杂乱的闪灯，通过我们对多稳态触发器的 接线方式的改变，我们调整了他们的周期，结果就出来了 ， 出现了非常漂亮的有规律的闪灯。 4.2 收获体会 由于以前有过两次的实习，所以猜测这次的课设应该不会很累。然而这两个星期的课设并不是我想像的轻松，首先前三天的 查找资料就是给了本人很大的启示，也让本人学到如何去查找自己要用的资料，同时在查找资料的同时还了解了当代电子的研究方向；其次 在做焊接的过程之中遇到了很多的麻烦，特别是对电路板的布局，想到了方便一方面则另一方面就顾及不到了，导致连线 非常的乱 ，同时也让本人 学会了做什么事情也要有耐心，在检查电路的时候必须要有耐心，没有耐心是不可能检查出电路的错误 的，是不可能有得到最终的结果的 ； 最后是得到 了 很多的提高 ， 加强了自学能力，独立分析能力和解决特殊问题能力，初步掌握了基本的电子电路生产流程及安装、布线、焊接等的基本技巧；学会了电路调试的一般方法和规律：同时也掌握了如何来检查和排除实验中所遇到的一些常见的故障；学会了对实验结果的分析。巩固了常用电子仪器的正常使用方法。同时也初步学会应用 Multisim等计算机模拟电路设计辅助软件。也初步形成了逐级设计电路的思想和分级检查电路的思路。 总而言之，要想成功的做一个好的产品有三个前提。第一、查找有用的资料；第二、在做 产品之前要先对 电路进行模拟测试；第三、必须要有耐心和清醒的头脑。只有这样才能省时省力，成功的完成任务。 结 论 nts四花样彩灯控制器 - 19 - 数字电路是利用脉冲技术
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