彩灯循环控制系统课设论文1.doc

武汉理工大学电工电子课程设计说明书学 号： 课 程 设 计题 目彩灯循环控制电路的设计与制作 学 院专 业班 级姓 名指导教师2012年7月4日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目： 彩灯循环控制电路的设计与制作 初始条件：（1）8个彩灯能够自动循环点亮。 （2）彩灯循环显示且频率快慢为1S。选作：设计具有控制彩灯左移，右移，全亮及全灭功能的电路要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） 设计任务及要求（2） 方案比较及认证（3） 系统框图，原理说明（4） 硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明（5） 调试记录及结果分析（6） 对成果的评价及改进方法（7） 总结（收获及体会）（8） 参考资料（9） 附录：器件表，芯片资料时间安排：6月25日6月28日：明确课题，收集资料，方案确定7月28日7月2日：整体设计，硬件电路调试7月2日7月6日；报告撰写，交设计报告，答辩指导教师签名： 2012年 7月 日 目录摘要41 方案设计与认定 5 1.1方案设计5 1.1.1设计方案一 5 1.1.2设计方案二 6 1.2方案的比较与认定 72 单元电路的设计 82.1脉冲发生电路 82.2计数循环控制电路 92.3彩灯电路 103 整体电路图和工作原理 114 调试记录与结果分析 124.1调试记录 12 4.1.1调试步骤12 4.1.2调试中发现的问题124.2调试结果 12总结（收获及体会）13参考文献 14附录 15附录1 器件表 15附录2 芯片资料 15 附录2.1 74LS193的芯片资料15 附录2.2 555的芯片资料 16 附录2.3 74LS138的芯片资料 16摘要多组彩灯按照一定的顺序循环点亮的电路具有很高的观赏性，在生活中有着很广泛的应用，例如广告牌，霓虹灯等。本次课程设计以已经学到的专业知识为基础，用简单的数字逻辑电路来实现8个彩灯的左移、右移、全亮、全灭等多种点亮方式。与生活中的实际应用紧密相关。本文就本次课程设计的设计框图、设计电路图、单元电路图、工作原理、所用器件、电路调试等方面来进行介绍，最后对本次课程设计进行了总结。关键词：彩灯 循环 数字逻辑电路彩灯循环控制电路的设计与制作1、方案设计与认定1.1方案设计1.1.1 设计方案一：根据实验要求，使用计数器来实现循环，设计电路使其可实现以下功能：1）彩灯右移依次点亮的循环：0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111；2）彩灯左移依次点亮的循环：1000-0111-0110-0101-0100-0011-0010-0001；3）彩灯全灭功能。本设计方案的设计框图如图所示，根据设计框图，各单元电路选用器件为： 1）脉冲产生电路：选用NE555定时器组成的多谐振荡器可以产生频率为1Hz的脉冲。 2）十进制计数器：由一片74LS193来实现计数功能。3） 3-8线译码电路：由一片74LS138来实现译码功能，同时其输出端通过非门和彩灯相连。 设计框图如下： 十进制计数器脉冲产生电路3-8线译码电路彩灯电路 循环控制电路 方案一设计框图电路图设计如下:1.1.2设计方案二据设计要求，使用移位寄存器来实现循环，设计电路使其可实现以下功能：1）彩灯右移依次点亮：1000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001；2）彩灯左移依次点亮：1000000000000001000000100000010000001000000100000010000001000000；3）彩灯全亮：11111111；4）彩灯全灭：00000000。本设计方案的设计框图如下图所示，根据设计框图，各个单元电路选用的器件为：1）脉冲发生电路：选用NE555定时器组成的多谐振荡器可以产生频率为1Hz的脉冲。2）移位寄存器电路：选用两片74LS194来构成8位的移位寄存器电路，通过CP脉冲使其实现左移、右移，从而使彩灯左移、右移循环点亮。脉冲发生电路移位寄存器电路彩灯电路设计方案二的设计框图 按上述设计电路，设计电路图如图所示：1.2 方案的比较和认定从可实现功能方面考虑，经过仿真，方案一和方案二都能完成设定的功能。但是方案二控制灯的开关多，繁琐，不能简单的完成全亮全灭控制。而方案一得开关优先级别明显，控制简单，故采用方案一设计电路。2、单元电路的设计2.1脉冲发生电路多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。555定时器是一种多用途的数字模拟混合电路，由于它使用灵活、方便，利用它能既方便地构成多谐振荡器，所以决定用NE555来构成多谐振荡器，来产生1HZ的脉冲。用555定时器接成多谐振荡器，即将555的THR、TRI端并联，再与RC构成的充放电电路的串联点连接，将8端接到放电点。输出信号的时间参数是： T=（R10+2R9）*C*ln2参数选择如下：R9=4.8K，R10=4.7K,，C=100uFT=1.001s则得到的脉冲的频率为f=1/T=0.999Hz该频率可满足实验要求。用NE555构成可产生1Hz脉冲的多谐振荡器的原理图如图所示：2.2 计数循环控制电路 1、74LS193是双时钟4位二进制同步可逆计数器。 74LS193的特点是有两个时钟脉冲（计数脉冲）输入端CPU和CPD。在RD=0、LD1的条件下，作加计数时,令CPD1,计数脉冲从CPU输入；作减计数时，令CPU1，计数脉冲从CPD输入。此外，74LS193还具有异步清零和异步预置数的功能。当清零信号RD1时，不管时钟脉冲的状态如何,计数器的输出将被直接置零；当RD0,LD0时，不管时钟脉冲的状态如何，将立即把预置数数据输入端A、B、C、D的状态置入计数器的QA、QB、QC、QD端，称为异步预置数。2、138译码器74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式， 其工作原理如下： 当一个选通端（E3）为高电平，另两个选通端（E1)和/(E2)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。J1控制总开关（全灭、亮），J2控制循环开关（全亮、循环亮)，开关J3控制彩灯循环方向（左移、右移）。2.3彩灯电路8盏灯分别与两片74LS138的8个输出端连接，同时考虑到放光二极管的工作电压，所以接了8个保护电阻R1R8。当74LS138的任意一个输出端输出的为低电平时，与其相连接的发光二极管点亮。采用与门驱动发光二极管显示，这样可以在与门的一个端接开关，控制流水灯的全亮全灭。彩灯电路的设计原理图如图7所示：3.整体电路图和工作原理工作原理：单刀双掷开关J3决定脉冲输出接Cpu或Cpd，所以J3控制循环的左移或右移，单刀双掷开关J2控制138的使能端，如果接低电平则，138输出全为高电平，J1控制与门的一个输入端，当J1接低电平，led全灭，当J1接高电平且J2接低电平则led全亮，当J1接高电平且J2接搞电平则led循环左移或者右移。三个开关S1，S2，S3的优先级和功能表如下表：开关S1,S2,S3的优先级开关名称J3J2J3Led情况所接端口接Cpu接Cpd接VCC接GND接VCC接GND接入情况XXXX10全亮XX0101全灭101010循环右移011010循环左移（1表示此事件发生，0表示不发生）4.调试记录与结果分析4.1调试记录由于器件性能，连接电路时的人为因素，以及环境的影响等，连接好的电路往往要经过调试才能实现要求的功能。4.1.1调试步骤1）检查电路组装好电路，然后对照原理图，按照每个单元电路的顺序逐级对电路经行检查，看连线是否正确。特别是要注意电源是否接错，是否短路，电解电容的极性是否接反等。2）通电观察在调好所需的电源电压值，并确定电路电源端没有短路的情况下，给电路通电。然后观察是否有异常现象，如冒烟、放电的电光等，若有，则马上切断电源，排除故障。然后，测量每个集成块的电源引脚电压是否正常，以确信集成电路是否已通电工作。3）断开各开关进行调试在各个工作开关断开的情况下用一个发光二极管检测脉冲信号的输出,看是否正常，如果存在问题，查找出原因并解决。4）操作开关进行调试根据电路的工作原理，通过控制各个开关的闭合和断开来观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。4.1.2调试中发现的问题1,、在调试中发现LED灯可以全亮全灭，但不能循环左移、右移，后来通过查看74LS193功能表得知，cpu与cpd一端接脉冲时，另一端必须接高电平，后来在cpu、cpd间加一个连接VCC的单刀双掷开关，问题解决。2、led灯循环亮的周期过短，断开电源检查发现，所用电容为10uf而非100uf。经过调节后排除了故障。4.2调试结果经过调试后的电路可以正确实现8盏灯全亮、全灭、左移循环点亮和右移循环点亮等设计任务中要求实现的内容。电路达到了设计要求。 总结 本次课程设计是运用已经学过的课程的知识，来完成一个在生活中有很高的实用价值的设计任务。通过本次课程设计，对学过的知识有了进一步的理解，同时看到了平时所学的知识和实际应用是有很大联系的。 在本次设计中，虽然完成了设计任务中的要求，但是因为设计的电路很简单，没有一些附加的功能，降低了电路的综合性。同时使用的集成芯片是大多数人都会选择的，没有对学习中不常见，但是功能更优越的集成芯片进行学习和应用。 通过本次课程设计，我明白了在设计的时候整体的思路是很重要的，理顺自己的思路，明白自己是要用什么来设计一个什么样的电路，将要设计的电路明确地划分成各个单元电路，会大大的降低设计的难度，然后要将集成芯片和自己要实现的功能相结合。同时有些设计和仿真没有问题的电路在制作成实物后却不能很好地实现功能，说明理论和现实的作品是有一定差距的，在设计的时候要考虑方案的优化和可行性。 通过本次课程设计，我还明白了团队的合作是很重要的。在做设计时，要注重组员之间的配合，大家要多讨论，得到最佳的方案。同时在和他人合作时，要多学习掌握他人设计时好的思路和方法。这样才能取长补短，在课程设计中学习更多的东西。本次课程设计让我了解到，课上学习时觉得不难的东西，现在要付诸实践却是很不容易的。这也提醒我自己在以后的学习中要多和实际相结合，实现学习的真正目的。参考文献1伍时和.数字电子技术基础.清华大学出版社,