数字电子课设报告双向流动彩灯控制器设计.doc

一、概述 此设计的目的是控制五路彩灯双向流动，设计的主要要求如下：1. 用中规模计数器设计该双向流动彩灯控制器。2. 要求彩灯双向流动点亮，其闪烁频率在110Hz内连续可调。3. 要求用555定时器设计时钟脉冲，五路彩灯采用五个发光二极管代替。二、方案论证设计一个双向流动彩灯控制器，控制五路彩灯双向流动，这里采用两种方案。1.方案一图1 方案一原理框图原理图如图1 通过可控硅器件SCR加至各彩灯两端，当可控硅导通时，彩灯被点亮，否则熄灭。可控硅的导通与否是由其可控极是否加入触发信号来决定的。这些触发信号是由顺序脉冲发生电路给出的。时钟发生器产生的时钟脉冲送入顺序脉冲发生电路。随着时钟脉冲的不断输入，顺序脉冲发生电路的各输出端依次变成高电平，形成时序控制信号。时序控制信号经驱动电路送入可控硅的控制极，使各可控硅依次导通，于是各彩灯被依次点亮。2.方案二 多谐振荡器彩灯译码器八进制加法计数器 图2 方案二原理框图原理框图如21所示，方案二采用555定时器连接成多谐振荡器产生频率在110Hz内连续可调的时钟信号，然后将时钟信号输出通过计数器接受。然后，经过八进制加法计数器的循环计数实现双向流动功能。最后，通过译码器译码，选择某一彩灯进行亮灯。3.方案确定由于第一种方案的彩灯方向控制电路较为复杂，且依据课题所给要求及实验元器件，最终确定方案二为最终方案。三、电路设计根据设计要求和原理中介绍的彩灯控制电路的基本组成，可以确定双向流动彩灯控制器电路应包含多谐振荡电路、八进制加法计数器电路模块、译码器与彩灯电路模块。1 . 多谐振荡器电路在实际连接时，555定时器的外引线排列图如图3所示。图3 555定时器的外引线排列图由555定时器构成的多谐振荡器电路如图4所示。图4 由555构成的多谐振荡器多谐振荡电路由555定时器及其外接元件R1，R2，R3，C1构成，电位器R1用来调节振荡频率，以改变彩灯流动点亮的速度。接通电源后，电容C1被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，此时Vo为低电平，电容C1通过R3和T放电，使Vc下降。当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。周期T为：T=(R1+R2+2R3)C1ln20.7(R1+R2+2R3)C1这样，通过控制电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号，然后，通过调节滑动变阻器使多谐振荡器产生的时钟信号频率在110Hz内连续可调。2.八进制加法计数器电路 原理图如图5所示。图5 八进制加法计数器原理框图利用74LS160D制作八进制加法计数器。计数器从00000111正常运行，到0111时进行异步置数使其变为0000，实现八进制循环计数。然后，通过后续电路，使0000控制彩灯1，使0001和0111控制彩灯2，使0010和0110控制彩灯3，使0011和0101控制彩灯4，使0100控制彩灯5，由此实现五路彩灯双向流动功能。 八进制加法计数器状态转换图如图6所示。 0000000100100011010001010110011110001001图6 八进制加法计数器状态转换图3.译码器与彩灯电路译码器与彩灯电路如图7所示。图7 译码器与彩灯电路译码器前接计数器，将计数器传送信号译码，然后通过彩灯电路使彩灯双向流动。四、性能的测利用Multisim10进行测试和仿真。1.多谐振荡器测试调节可变电位器的输入电阻可以改变多谐振荡器的频率，使之在110Hz连续可调，周期T=100.379ms,f=10Hz的仿真结果如图8所示。图8 f=10Hz输出电压波形2. 电路整体性能测试调节频率为10Hz时,彩灯双向流动仿真结果如图9至图13所示。仿真结果，彩灯点亮顺序为LED1-LED2-LED3-LED4-LED5-LED4-LED3- LED2-LED1,可实现彩灯双向流动功能，且频率在110Hz内连续可调，实验仿真结果完全符合要求。图9 彩灯LED1被点亮图10 彩灯LED3被点亮图11 彩灯LED5被点亮图12 彩灯LED3被点亮图13 彩灯LE13被点亮五、结论经过使用Multisim10的测试，彩灯可以双向流动点亮，点亮顺序为LED1-LED2-LED3-LED4-LED5-LED4-LED3-，其闪烁频率在110Hz内连续可调，符合设计要求。六、性价比本电路采用的都是简单且常见的元器件，元件清单见附录，几乎所有的元件价格都比较便宜，在大部分电子器件商店都能买得到，方便实用，且性能基本符合技术要求。适用于对技术要求不是十分严格的电路，本电路的性价比较高。七、课设体会及合理化建议通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和pcb连接图。经过查阅资料和模拟仿真自己对74ls160计数器 74ls138译码器和555定时器的原理和使用方法有了较为深刻的理解。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。还有，一开始对软件不熟悉，刚进行上机设计时很不顺手，遇到不少麻烦，经过自己的学习和老师的指导，才完成了电路的设计并成功进行了仿真。从这次课程设计活动中我认识到了一定要认真对待每一个问题，很有可能就在一个你不注意的地方导致你失败。参考文献1 宋竹霞，闫丽主编. 数字电路实验.M北京：清华大学出版社，2011年2 孙丽霞，殷侠主编.实用电子电路设计与调试.M北京：中国电力出版社，2011年3 董玉冰主编.Multisim9在电工电子技术中的应用.M北京：清华大学出版社，2008年4 阎石主编. 数字电子技术. M北京：高等教育出版社，2006年5 谢自美主编电子线路设计实验测试M武汉：华中科技大学出版社，2006年6 华满清主编电子技术实验与课程设计M北京：机械工业出版社，2005年7 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器. M北京：国防工业出版社，2005年附录I 总电路图附录II 元器件清单序号编号名称型号数量1R4电阻66k52R2电阻10k13R1滑动变阻器1M14R3电阻45k15C1电容1.4285F16LED1、LED2、LED3、LED4、LED5发光二极管LED_green57U7A