简易声光控延时照明灯电路课程设计

电子技术课程设计 题题 目目 简易彩灯控制器电路简易彩灯控制器电路 学生姓名 学生姓名 专业班级 专业班级 电子信息工程 11 01 班 学学 号号 541101030 院院 系 系 电气信息工程学院 指导教师指导教师 黄 春 完成时间完成时间 2013 年 06 月 25 日 简易彩灯控制器电路 郑州轻工业学院 课程设计 论文 任务书课程设计 论文 任务书 题目题目 简易彩灯控制器电路简易彩灯控制器电路 专业专业 电信工程电信工程 11 0111 01 学号学号 541101030541101030 姓名姓名 主要内容 基本要求 主要参考资料等 主要内容 基本要求 主要参考资料等 主要内容主要内容 1 阅读相关科技文献 2 学习 protel 软件的使用 3 学会整理和总结设计文档报告 4 学习如何查找器件手册及相关参数 技术要求技术要求 1 要求电路能够控制 8 个以上的彩灯 2 要求彩灯组成四种以上的花形 每种花形连续循环两次 各种花形轮流显示 主要参考资料主要参考资料 1 何小艇 电子系统设计 浙江大学出版社 2001 年 6 月 2 姚福安 电子电路设计与实践 山东科学技术出版社 2001 年 10 月 3 王澄非 电路与数字逻辑设计实践 东南大学出版社 1999 年 10 月 4 李银华 电子线路设计指导 北京航空航天大学出版社 2005 年 6 月 5 康华光 电子技术基础 高教出版社 2003 年 完完 成成 期期 限 限 20132013 年年 0606 月月 2828 日日 指指导导教教师师签签章章 专业负责人签章 专业负责人签章 20132013 年年 0606 月月 2121 日日 简易彩灯控制器电路 简易彩灯控制器电路 摘要摘要 彩灯控制器是用来使彩灯按照一定的形式和规律闪亮 起到烘托节日氛围 吸引公众注意力的作用 它是一种很好的照明娱乐工具 应用前景较为广泛 本设计就是采用电子元件制作的一个简易的具有四种变换花型的彩灯控制器 本电路系统由四部分组成 分别是 1 时钟振荡电路 555 定时器构成多谐振荡器 2 分频电路 由四位二进制计数器 74LS161 组成 为 D 触发器提供时 钟 3 状态机电路 由双 D 触发器组成 4 移位显示电路 由双向移位寄存器 74194 和发光二极管组成 实现 花型显示 彩灯控制器实现方法多种多样 本次设计的这台彩灯控制器主要功能有 1 可以控制 8 个以上的彩灯 2 可以组成四种以上花型 并且每种花型能够连续循环两次 各种花型 轮流显示 本电路基于 74 系列简单逻辑门电路的组合 实现简易电子彩灯控制器电路 具有电路设计简单 成本低廉的特点 关键词关键词 彩灯 十六计数器 时钟电路 二进制计数 四种码 简易彩灯控制器电路 2 目 录 摘要 2 第一章 设计要求 4 第一节 设计课题 4 第二节 基本要求 4 第二章 系统组成及工作原理 4 第一节 系统组成框图 4 第二节 工作原理析 4 第三章 电路方案设计 5 第一节 电路图设计 5 第四章 单元电路设计 5 第一节 时钟脉冲产生电路 5 第二节 分频电路的工作原理 6 第三节 状态机电路 7 第四节 移位输出路 7 第五章 心得体会 8 参考文献 9 附录 1 元器件清单 10 附录 2 输出状态编码 11 附录 3 元件管脚图 12 附录 4 元件功能表 13 附录 5 原理图 14 简易彩灯控制器电路 3 第一章 设计要求 第一节 设计课题 题目 简易彩灯控制器电路 第二节 基本要求 一 要求电路能够控制 8 个以上的彩灯 二 要求彩灯组成四种以上的花形 每种花形连续循环两次 各种花形 轮流显示 第二章 系统组成及工作原理 第一节 系统组成框图 把四花型彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计 每一个模块完成特定 的功能 再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计 系统可 由四个模块组成 它们分别是 时钟产生电路 分频电路 移位显示电路 状 态机电路 设计框图如图 2 1 所示 图 2 1 设计框图 第一部分 由 555 定时器构成时钟振荡电路 产生固定频率的脉冲 第二 部分 由四位二进制计数器 74LS161 组成分频电路 为 D 触发器提供时钟 为 状态机提供时钟 第三部分 采用双 D 触发器 74LS74 组成状态机电路 实现 四种花样的轮流显示 第四部分 采用双向移位寄存器 74LS194 组成移位输出 电路 时 钟 振 荡 电 路 分 频 电 路 显示电路 移位输出电路 状态机电路 简易彩灯控制器电路 4 4 第二节第二节 工作原理分析工作原理分析 由 555 定时器构成的时钟振荡电路产生固定频率的脉冲 一方面作用于由 74161 组成的分频电路 一方面作用于由 74F194 构成的移位输出电路 为他们 提供时钟信号 由于 74161 是 16 分频计数器 故每十六个脉冲 74LS161 进位一 次 致使触发器 U1A 翻转一次 而触发器 U2A 的 3 脚连接的是触发器 U1A 的 5 脚 实现了 U1A 的 16 分频和 U2A 的 32 分频 所以平均 U1A 翻转两次而 U2A 翻转一 次 集成移位寄存器 74194 由个 RS 触发器及他们的输入控制电路组成 其中 S1 和 S0 是两个控制输入端 双 D 触发器的输出端改变 S0 S1 的值 实现左右 移动控制 可组成 U1A 左移 U2A 右移 U1A 右移 U2A 右移 U1A 左移 U2A 左移 U1A 右移 U2A 左移四种花型 每十六个脉冲每种花型恰好循环两次 而 此时 D 触发器翻转 转换为下一种花型 第第 3 3 章章 电路方案设计电路方案设计 第一节第一节 电路图设计电路图设计 将各单元电路组织起来就得到了系统电路图 如附录 所示 本电路图设 计简单 结构清晰 可分为时钟产生电路 分频电路 移位显示电路 状态机 电路 555 定时器构成时钟电路 由四位二进制计数器 74LS161 组成分频电路 由双向移位寄存器 74194 和发光二极管组成移位显示电路 双 D 触发器构成状 态机电路 第四章第四章 单元电路设计单元电路设计 第一节第一节 时钟脉冲产生电路时钟脉冲产生电路 用 555 定时器构成多谐振荡器 电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲 电 路图如图 4 1 所示 简易彩灯控制器电路 5 10uF C5 0 1uF C6 30K RA 35K RB 2 3 RD 45 6 7 VCC 81 NE555 VCC 图 由 555 定时器构成的多谢振荡器 接通电源后 电容 C5 被充电 当 2 管脚处的电压上升到 2Vcc 3 时 使 Vo 为低电平 同时放电三极管 导通 此时电容 C5 通过 R2 和 T 放电 Vc 下降 当 Vc 下降掉 Vcc 3 时 Vo 翻转为高电平 振荡器的振荡频率为 1 43 R1 R2 R2 C5 第二节 分频电路的工作原理 CLR 1 LD 9 ENT 10 ENP 7 CLK 2 RCO 15 P0 3 Q0 14 P1 4 Q1 13 P2 5 Q2 12 P3 6 Q3 11 VCC 16 GND 874LS161 图 4 2 74LS161 引脚图 74LS161 是 4 位二进制同步加计时器 其中 1 脚是异步清零端 9 脚是预置 控制端 P0 P1 P2 P3 是预置数据输入端 RCO 是预置数据输入端 7 和 10 脚 是计数控制端 1 异步清零 当 1 脚接低电平时 不管其他输入的状态如何 计数器直接清零 2 同步并行预置数 在 1 脚接高电平的条件下 当 9 脚接低 电平且有时钟脉冲时 P0 P1 P2 P3 输入端的数据分别被 Q0 Q1 Q2 Q3 所接收 3 保持 1 和 9 脚同时接高电平 两个记数使能端有一个接低电平时 不管有 无脉冲 记数器都保持原状态不变 4 记数 当 1 7 9 10 管脚都接高电平时 简易彩灯控制器电路 6 计数器处于记数状态 当时钟电路产生 16 个脉冲时 计数器进位端进 1 促使 D 触发器翻转或截止 第三节 状态机电路 4 CLK 3 D 2 1 Q 5 Q 6 CLR PR U1A 74LS744 CLK 3 D 2 1 Q 5 Q 6 CLR PR U2A 74LS74 VCCVCCVCCVCC 图 4 3 状态机电路图 状态机电路由两个 D 触发器组成 触发器 U1A 的 5 脚与触发器的 U2A 的 3 脚连接 从而实现 U1A 的 16 分频和 U2A 的 32 分频 D 触发器为上升沿出发 当脉冲由低电平变为高电平时 D 触发器发生翻转 本电路中 假设开始时 U1A 的 5 脚为高电平 则 U2A 的 3 脚也为高电平 分频电路 16 拍进位一次 促使触 发器 U1A 发生翻转使 5 脚变为低电平则 U2A 的 3 脚也变为低电平 当分频电路 经过第二个 16 拍时 再次进位 U1A 的 5 脚为高电平而此时 U2A 的 2 脚也再次 变为高电 此过程中 U2A 经历了一个上升沿触发 翻转一次 从而实现四种花 型的轮流变换 第四节 移位输出电路 CLR 1 S0 9 S1 10 CLK 11 SR 2 A 3 QA 15 B 4 QB 14 C 5 QC 13 D 6 SL 7 QD 12 VCC 16 GND 8 U1B 74LS194 74HC06 A 74HC06 B 图 4 4 移位输出电路电路图 集成移位寄存器 74194 由 4 个 RS 触发器及他们的输入控制电路组成 其中 S1 和 S0 是两个控制输入端 A B C D 是并行输入端 如表 1 所示 他们的状 态组合可以完成四种控制功能 其中左移和右移两项是串行输入 数据是分别 从左移输入端 7 引脚和右移输入端 2 引脚送入寄存器中的 1 引脚为异步清零 简易彩灯控制器电路 7 如图 U1B 本电路中要求移位过程中数据不丢失 故采用将移位寄存器的最高位 输出端 15 脚和最低位输入端 2 引脚连接以及让移位寄存器的最低位输出端 12 引脚和最高位输入端 7 引脚连接 形成环形计数器 从而实现四种花型的循环 输出 表 1 74194 双向移位寄存器控制端的逻辑功能 第第 5 章章 心得体会心得体会 一周的课程设计 使自己收获很多 加深了对书上及老师所讲知识的理解 在本次电子课程设计的学习和研究过程中我感觉受益很深 不但让我懂得了许 多理论知识 更给了我一个理论联系实际的机会 让我学到了许多书上学不到 的东西 设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练 掌握 设计电路时 将总体的功能分成若干个功能单元来实现 是简化电路设 计思路的很好方法 且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法 对电 路故障的检查也是很有帮助 通过这次电子课程设计 我学到了很多东西 如查找资料 设计比较 从 各种图中提取所需 此外 这次课设还让我们学到很多 也吸取了很多教训 以前感觉考试考得高分就是学到知识了 当真正自己动手去做时才认识到自己 犯了多大的错误 在画原理图是需要用到 protel 这有力的巩固了我们本学期 刚学完的 protel 知识 理论学得再好如果不能用到实践中去等于没学 通过此次的课程设计 真 正提高了我们动手能力 学会获取资料 活跃了自己的思维 巩固了我们所学 的知识 最后 感谢此次课程设计过程中一直给予我们支持与帮助的老师们 感谢 您们的耐心指导 简易彩灯控制器电路 8 参考文献参考文献 1 谢自美 电子线路设计 实验 测试 华中理工出版社 2 王澄飞 电路与数字逻辑设计实践 东南大学出版社 3 何小艇 电子系统设计 浙江大学出版社 4 姚福安 电子电路设计与实践 山东科学技术出版社 5 编委会 灯光控制应用电路集萃 机械工业出版社 6 李银华 电子线路设计指导 北京航空航天大学出版社 7 康华光 电子技术基础 高教出版社 8 徐国华 模拟及数字电子技术实验教程 北京航空航天大学出版社 简易彩灯控制器电路 9 附录 元器件清单附录 元器件清单 元件种类数量 74LS194 个 74HC06 个 74LS161 个 74LS74 个 NE555 个 30K 电阻 个 35K 电阻 个 1K 电阻 个 LED 发光二极管 个 整流桥 个 1000uF 电容 个 10uF 电容 个 0 1uF 电容 个 0 33uF 电容 个 100uF 电容 个 简易彩灯控制器电路 10 附录 输出状态编码附录 输出状态编码 编码 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8节拍脉冲 花型一花型二花型三花型四 10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 20001000100010001100000011000000110001000100010000001100000011000 30011001100110011110000111100001111001100110011000011110000111100 40111011101110111111001111110011111101110111011100111111001111110 51111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 61110111011101110011111100111111001111110011111101110011111100111 71100110011001100001111000011110000111100001111001100001111000011 81000100010001000000110000001100000011000000110001000000110000001 90000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 简易彩灯控制器电路 11 附录 附录 元件引脚图元件引脚图 CLR 1 S0 9 S1 10 CLK 11 SR 2 A 3 QA 15 B 4 QB 14 C 5 QC 13 D 6 SL 7 QD 12 VCC 16 GND 8 74LS19474LS194 CLR 1 LD 9 ENT 10 ENP 7 CLK 2 RCO 15 P0 3 Q0 14 P1 4 Q1 13 P2 5 Q2 12 P3 6 Q3 11 VCC 16 GND 874LS161 4 CLK 3 D 2 1 Q 5 Q 6 CLR PR U2A 74LS74 简易彩灯控制器电路 12 附录 元件功能表附录 元件功能表 74LS194 功能表 74LS161 功能表 D 触发器功能表 简易彩灯控制器电路 13 附录附录