彩灯循环控制电路

1、电子技术课程设计彩灯循环控制电路彩灯循环控制电路、设计任务与要求1. 设计时钟振荡电路，由555组成时基电路提供计时脉冲2 由计时器实现彩灯的循环显示。3.循环的速度可调。、总体框图图（1） 总体框图根据设计要求和任务，参考广告灯主要的逻辑框图，设计方案可以从以下几 个方面考虑。总体框图如图1,其中利用振荡器产生触发，再利用数控分频器系统将触发脉冲进行分频，产生不同频率的脉冲，作为顺序脉冲发生器的输入脉冲，当输入 脉冲的频率变化时顺序脉冲发生器产生的顺序脉冲也会有不同的频率， 从而达到 控制彩灯循环时间的目的。产生顺序脉冲后将它加到彩灯循环系统上， 使彩灯系 统产生简单的循环变化的效果。三、选

2、择器件本次课程设计所用器件如表一:表（1）:本试验所有器材如型号名称数目74LS147二-十进制加法计数器174LS160十进制加法计数器2LIMIT_NO开关974LS04非门3555定时器脉冲信号发生器174LS1383线一8线译码器1LED发光二极管25LED显示屏七段显示数码管11) 74LS147的应用在常用的优先编码器电路中，除了二进制编码器之外，还有一类叫做二 十进制优先编码器。他能将 一 10个输入信号分别编成10个BCD码 在 一- 10个输入信号中的优先权最高， 的优先权最低。2）74LS160的应用它是同步十进制加法记数器，当 LOAD端输入底电平时处于预置数状态，D0

3、D1、D2、D3的数据将会在CP上升沿到达时被置入 Q0 Q1 Q2 Q3中，它的预 置数是同步的。右图是74LS160的引脚分配图，图中LD为预置数控制端，D0-D3 为数据输入端，C为进位输出端，RC为异步置零端，Q0-Q3位数据输出端，EP 和ET为工作状态控制端。3）555定时器应用国产双极型定时器CB555电路结构图。它是由比较器 Ci和C2,基本RS触 发器和集电极开路的放电三极管 Td三部分组成。Vh是比较器C1的输入端，V12是比较器C2的输入端。Ci和C2的参考电压VR1和VR2由Vcc经三个五千欧电阻分压给出。在控制 电压输入端 Vco悬空时，Vri=2/3Vcc,Vr2=

4、1/3Vcc。如果 Vco外接固定电压，则V R1=V CO,V R2=1/2V CO.Rd是置零输入端。只要在Rd端加上低电平，输出端vo便立即被置成低电 平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使 Rd处于高电平。图中的数 码1 8为器件引脚的编号。图（2） 555定时器逻辑符号555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以 方便地构成脉冲产生和整形电路。uoD图（3）555定时器内部结构图(A) 电路组成555集成定时器由五个部分组成。1、基本RS触发器：由两个“与非”门组成2、比较器：C1、C2是两个电压比较器3、分压器：阻值均为5千欧的电阻串联起来构成分压器

5、，为比较器 C1和C2提供参考电压。4、 晶体管开卷和输出缓冲器：晶体管 VT构成开关，其状态受Q端 控制。输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3,其作用是提高 定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。(B) 基本功能当R=0时，Q .1，输出电压Vo二Vol为低电平，VT饱和导通。2 1当R时，Vth -Vcc时， -Vcc时，C1输出低电平，C2输出高电平，3TR 3Q =1，Q = 0，Vo -Vol，Td 饱和导通。2-当R=1、Vth : -Vcc、Vtr -Vcc时，C1、C2输出均为高电平，基本RS3 3触发器保持原来状态不变，因此v。、VT也保持原来状态不变。-RCvc2 )

6、H、1-1 .WTR ： -Vcc时，C1输出高电平，C2输出低电平，Q=o ,3Q= 1, Vo =Voh , VT 截止。555定时器功能表输入输出阈值输入(Vii)触发输入(Vi-)复位(殛)输出g放电管TXX00导通11截止3內*10导通1不变不变表(2) 555定时器逻辑功能表4) 74LS138的应用图（4）为3线-8线译码器74LS138的逻辑符号图，其有3个附力卩的控制端G1、G2A和G2B当G仁1 G2A+G2B=时，其附加门GS才输出高电平（S=1），译码器处于工作状态。否则译码被禁止，所有的输出端被封锁在高电平， 这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片

7、连接起来以扩 展译码器的功能。2 21GG kBCJ012 34-oe- z Fr . Tr -F ffc i F Tr 勺jlr-J.1-14 片mLb、片!.图（4）3线-8线译码器74LS138的逻辑符号图74LS138的内部原理图H-I1;仆khfl 1 H Fi2&trbvFoY.iy? -Y4-V-Yf-y图 （5）74LS138的内部结构图输入输出S1S2+S3A0A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70XXXX11111111X1XXX11111111100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101

8、11101011111101110110111111011011111111110表（3） 3线8线译码器74LS138的功能表由3线-8线译码器74LS138的功能表也可以看出，当 S1=0时，无论S2+S3 等于0还是1,译码器都处于禁止状态，当 S1=1,S2+S3=0时，译码器处于工作 状态。5）三极管非门仔细观察一下图中给出的三极管开关电路即 可发现，当输入为高电平时输 出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。 因此输出与输入的电平之间 是反向关系，它实际上就是一个非门。（亦称反向器）。当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电 平接近于零。为此，电路参数

9、的配合必须合适，保证提供给三极的基极电流大于 深度饱和的基极电流。设计电路所用的芯片是74LS04,如下图所示:nn rial m rrn Foi rri rnLjJ |LJ LJ LaJ LU lAJ L2J3ND图（6）74LS04的内部结构图功能表如下图:输入输出LHHL表（4）非门功能表逻辑符号逻辑函数式YA6儿ED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动， 具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、 规格品种全等特点。目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成

10、为城市 信息现代化建设的标志。管脚12 3 4分别接输出段的Q、QiQ2、Q3.TJ14BCD HEX图（7）七段显示数码管四、功能模块（1） 单元电路的设计 在设计单元电路和选择元器件时， 尽量选用同类型的元器件， 如所有功 能的部件都采用 TTL 集成电路，整个系统所用的元器件种类尽可能少。下面介绍各单元电路的设计。1）数控分频系统当输入端 CLK 为频率 f 时，在输出端 RCO 的输出频率，可以分别实现 1/2f,1/3f,1/4f,1/5f,1/6f,1/7f,1/8f,1/9f ，经分析，计数器都可以实现该功能，为 了操作方便，使控制方便直观，采用一个二十进制编码器，实现二进制和

11、十进制转换。从通用性和普遍性考虑，选取开关和 74LS147 芯片组成分频控 制模块。采用 74LS160 芯片进行分频。74LS160 为该模块的核心，其功能是通过输入端输入预置数，控制芯片 的模数，进而实现总体要求，即分频。该芯片通过非门，即 74LS04与控制模 块相连，即输入由控制模块中的74LS147通过非门提供。而输出则直接输给通过七段数码管可以更准确的显示出输出结果，直观 得观测到分频的效果，也更容易判断出设计是否有误，通过七段数码管对于 分频结果显示的更加直观，2）555多谐振荡器组成脉冲发生器 振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的准确度决定了数字钟计 时的准确程度，

12、通常选用成品振构成振荡器电路。 一般来说，振荡器的频率越高， 计时精度越高。 如果精度要求不高也可采用集成逻辑门与 RC 组成的时钟源振荡 器或由集成定时器 555与 RC 组成的多谐振荡器。 这里选用 555组成的多谐振荡 器，多谐振荡器的频率可以设为为 f0=1000HZ。3）顺序脉冲发生器在设计中需要系统按照事先规定的顺序进行一系列的操作。这就要求统的控 制部分能给出一组在时间上有一定先后顺序的脉冲信号，再用这组脉冲形成所需 要的各种控制信号。顺序脉冲发生器就是用来产生这样一组顺序脉冲的电路。顺序脉冲发生器可以用移位寄存器构成。 这种方案的优点是不必附加译码电 路,结构比较简单。缺点是使

13、用的触发器数目比较多，同时还必须采用能自启动 的反馈逻辑电路。在顺序脉冲数较多时，可以用计数器和译码器组合成顺序脉冲发生器。图（8） 所示电路是用4位同步二进制计数器74LS160和3线8线译码器74LS138构成 顺序脉冲发生器电路。图中以74LS160的低3位输出Q0、Q1、Q2作为74LS138 的3位输入信号。由74LS160的功能表可知，为使电路工作在计数状态，RD LD EP和ET均VCC12VdCBa-I GNDU274LS160D*应接高电平。由于它的低3位触发器是按八进制计数器连接的，所以在连接输入 CP信号的情况下，Q2 Q1 Q0的状态将按000 直到111的顺序反复循环

14、，并 在译码器输出端依次输出P0-P7的顺序脉冲。 QQQQ51234厂VCC12VU122NOT*U9U11NOT*U10NOT*U7NOT*U6NOT*U5NOT*U374LS138D*Y y YY Y YY YU4NOT*图（8）4）彩灯循环系统彩灯循环系统是整个设计的最后的显示部分，也是最直观明显的显示设计成果的关键。将顺序脉冲发生器产生的顺序脉冲加到彩灯上之后， 可以使彩灯 产生循环闪烁的效果。同时也可以将彩灯按不同的顺序放置使彩灯产生更多种循 环效果。下图是彩灯多种放置方法中的一种：图（9）U2NOT*五、总体设计电路图经过对以上各个步骤的总结可以的到最终的结果，通过软件对最后的结

15、果进行仿真，验证本次试验设计的正确性。总体的电路图和仿真结果如下：通过对分频器的分析可知当分频器总的输出为9时，顺序脉冲系统中的74LS160就会被触发产生顺序脉冲信号。彩灯的状态也会随着脉冲信号的改变而改变。这一点也可以从下面的电路图仿真结果中得到验证。这4个图是仿真ccLIMIJT_NCVCC12V11LIMIT NCJ8510LIMIT NCJ4LIMIJ5_NCLIMIJ6.NCLIMIT NCJ7LIMIT NCJ9LIMIT_NCVCC12VX80,2.5 VU19| R1$28.86kOVDDimU3AU2314131211LOAD CLRCLK165779-2 -w JA BC

16、D12-A BCD o QQQQ cRPTNN ABCD EE47123456789U18NOT*I R2 57.7201kOhm52C110nFX72.5 VX24O2.5 VVCCRSTOUTDISTHRTRICONGND53C2丄 10nF54555_VIRTR3L00 Ohm3112VVCC,32222120U974LS138D*YYYYYYYY邹I2928726尸4f 、U17( U16、U15.U14U13，U12、U11 f 、NOT* NOT* NOT* NOT*NOT*7 NOT* NOT* - /U10NOT*X12VACCX6X4 41CUX3OX16Q,2.5 VX15

17、O2.5 V2.5 VX18OX22Q2.5 V43X52.5X21I2.X2537X95 V2.5 VX19O40X2044X102.5 V2.5 V2.5 V2.5 VX23U1944/CCVCC12V10LIMIJ6.NCC*LIMIT_NC J7LIMIT NC J4LIMIJj_NCLIMIT_NCJ8a-LIMIT NCJ9LIMIT_NCElDCD_HEX12 34 56789LIMIJ3_NC89X2oVCC-| 12V47 48RCOCLK74L74LU760D*1574LS04D*7405N*VDDVCCCOADENP ENTA BC D74LSAD*14316 45519

18、7-VCC91 D2U3AU246AB CD74LS147D*VDD12VR128.86kOhm1157.7201kOhm52C1丄 10nFX14X135 VVCC.5 V15U18NOT*vcc6 5 4 3GND丄 CLBCO E EC RI GNDU874LS160D*X22X24o2.5 VVCCRSTOUTDISTHRTRICONGNDR3555 VIRTuAl100 Ohm31U17C210nFJ2:X18Q2.5 V43X16o2.5 VX3oX12V2.5X152.5 VX537X9oI 2VCCX102.5 V2.5 Vo| 2.5 VX21oLX25o2X194V405 V X202.5 V441VCC4 6GC B511 12223 2DCBAqQqq12 3 41120U974LS138D*30U16YYYYYYYY|学片1 草292827U15U14 7 NOT* NOT* NOT* NOT*U13U12N