多花样循环彩灯控制器设计报告

1、武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书1. 设计意义及要求1.1 设计意义对数字电子技术基础学习，我们掌握一些关于数字电子技术的基础 知识和基本技能，具备了在日常生活与学习中应用数字技术解决问题的基本 态度与基本能力但是对于各种门电路、元器件芯片的结构及其工作原理等知识，我们的理解依然比较肤浅。通过为期两周的课程设计，可以让我们对课 堂上的知识有更深入的理解，同时做到理论与实际相结合。此外，课程设计 能够最直接有效的训练我们的创新思维，提高分析问题、解决问题的能力。1.2设计要求1. 使16只彩灯从右到左逐一循环点亮2. 使16只彩灯按照1111 1110 1111 1110左移循环点亮，即最

2、开始为第 8 只和第16只彩灯亮，紧接着熄灭，同时第 7只和第15只彩灯亮. 依此 循环点亮。3. 使16只彩灯交替闪烁。4. 使中间两个彩灯发亮，然后从两边再增加两个发亮，一直下去，直到16个彩灯全亮。5. 接着重复以上动作，这样一直循环下去。时间间隔为1秒。2. 方案设计2.1设计思路首先需要个脉冲源信号刺激，之后对于流水灯的移位功能可以采取寄 存器来实现，本实验采用的是74LS198芯片。总体方案共分为6大块。第一 块实现实现左移循环，第二块实现两两左移循环点亮，第三块实现交替闪烁， 第四块实现向外扩散，第五块实现时钟信号的产生，第六块实现计数器。2.2方案设计221设计方案一电路图计数

3、器时钟信号左移循环两两左移循环交替闪烁向外扩散图2-1方案一方框图2.2.2.设计方案二电路图本方案实现的核心是 MCU控制电路，以AVRmega16单片机为控制核心， 用C语言编程，控制彩灯实现多花样循环功能。AVR单片机最小系统AVRmega16 单片机和复位电路，还有晶振电路（16Mhz）。AVR单片机具有高性能、低功 耗的特点使用AVR的时钟源（晶振、内部RC等）不经过分频直接提供给 CPU 使用，而51的CPU主频等于晶振的12分频此最小系统实现对系统的控制等功系统框图如下：MCU控 制 电 路LED灯 显r示 电 路各图2-2方案二框图3武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书XfJ

4、lU技 rjUJ曲CfC-y4 ni.r r£xr>4武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书#武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书一丄_-_ 一?图2- 3 方案2电路2.3方案比较方案一是采用数电模块，元器件较多，接线较为复杂，但功能明确，容 易看懂方案二采用单片机制作，电路简单，但对于没学过单片机的同学有理解 鉴于本次课程设计主要是数字电路课程设计，所以我选择了第一组方 案。3. 部分电路设计3. 1左移循环电路3-1花样一左移电路图第一块：第一片和第二片741s 198的输入端分别为11111110 1111111,在第一个脉冲上升沿到来时，s0=s1=1两个芯片同时置

5、数，并且第16只彩灯点亮， 当第二个脉冲上升沿到来时，sO=O,s1=1两个芯片开始左移，由于第一片的Q0端与第二片的DSL端相连接，而DSL的信号直接输出给Q7端，因此当 第九个灯点亮时，在下一个脉冲信号的作用下，第八个灯被点亮，最终达到 左移循环的目的。3.2两两左移循环电路图3-2花样二两两左移电路图第二块：第一片和第二片74ls 198的输入端分别为11111110 1111111,在第17个脉冲上升沿到来时，s0=s仁1两个芯片同时置数，并且第 8只和第16只灯被点亮，当第18个脉冲上升沿到来时，sO=O,s1=1两个芯片开始左移， 其中第一片DSL的信号输出给第一片的Q7端，第一片

6、的Q0端与第二片的 DSL相连接。在脉冲信号的作用下，两个芯片的输出端信号不断左移，直到第一个灯和第九个等同时被点亮。3.3交替闪烁电路图3-3花样三交替闪烁电路图第三块：第一片和第二片 741s 198的输入端分别为10101010 10101010在 第25个脉冲上升沿到来时，s0=s1=1两个芯片同时置数，并且标号为偶数的 彩灯被点亮，当第26个脉冲上升沿到来时，s0=0,s1=1两个芯片开始左移， 其中第一片DSL的信号输出给第一片的Q7端，第一片的Q0端与第二片的 DSL相连接，因此在下一脉冲信号的作用下，标号为奇数的灯被点亮，而偶 数的灯熄灭，此循环一共执行两次。3.4向外扩散电路

7、图3-4花样四向外扩散电路图第四块：第一片和第二片74IS198的输入端分别为11111110 0111111,在第 29个脉冲上升沿到来时，s0=s1=1两个芯片同时置数，并且第8个和第9个 彩灯被点亮，在第30个脉冲上升沿到来时第一片的s0=1,s=0第二片S0=0,S1=1，即第一片实现右移，第二片实现左移，此时第一片的 DSR=O,保 证了它的Q0端始终被点亮，而第一片的 Q0端与第二片的DSL相连接，也 就保证了第二片的Q0端始终被点亮，因此在脉冲信号的作用下，16只彩灯 从中间向外扩散，依次被点亮3.5时钟信号产生电路7武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书5kQT ,I卩凤 co

8、_l5" h-rfe2：G（%）；取 0|2% im i %”C2:&Q c?3GA8武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书5kQ图3-5 555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性 工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外， 还有对应的双定时器 556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V 工作，7555可在318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实荡器、 单稳态触发器

9、及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.9.1和图2.9.2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3和2VCC /3555定时器的功能主要由两个比较器决定。 两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为 2VCC /3 ,C2的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR的电压小于VCC /3，贝吐匕较器C2的输

10、 出为0，可使RS触发器置1 ,使输出端0UT=1。如果阈值输入端TH的 电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC /3，贝U C1的输出为0, C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。3.6计数器产生电路10武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书#武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书U3O0-4n-:T0 12 3 QQQQo#武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书#武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书U3O16cl0 12 3DOg;D3#武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书#武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书图3-6 74LS197芯片做计数器第六块：用两片

11、74LS197实现三十六进制，其中以第二片的 Q2、Q5端控制清零信号。3.7各芯片引脚及结构3.7.1移位寄存器图3-7 74LS198芯片引脚图输入动作CLEARS1S0CKHLH丄右移HHL左移HHH载入HLLxHOLDLxxx清除表3-1 74LS198芯片真值表3.7.2计数器CLKCLRENPENTLoadFun cti onXLXXXClearXHHLHCou nt&RC DisabledXHLHHCount DisabledXHLLHCou nt&RC DisabledHXXLLoadHHHHIn creme nt Coun ter表3-2 74LS161芯片真

12、值表12武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书13武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书outputsCARRY " ENABLf*cc oljtpvt QaOc t1k6151413121110-cRIPPIEOa Ob Q C*R«¥OUTPUTCLEAR5T * » <c 5: 1ENABLE TLOADENABLE )p12345ek 1IsloadCLEAR CLOCK AD DIABLE QND PBDATANHJT3图3-8 74LS161芯片引脚图3.7.3脉冲输出电路i8273645匚3匚1 -GND2 - Trigger3 -

13、Output4 - Reset5 - Control vokage6 - Threshold7 - Discharge8 - Vcc图3-9 555定时器引脚图14武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书4. 调试与检测4.1调试中故障及解决办法调试中我们首先遇到的困难是缺乏对各芯片引脚和具体功能的了解，但 这一点通过上网搜寻资料和询问同学很快得到了解答。然后是接线鹅蛋问 题，由于采用数电接法，元器件众多线路也多，容易在疏忽中出现遗漏，但 是经过多次调试与检验，这一点也得到了解决。最后是时序冋题，对于电路 中的冒险竞争现象我们一度束手无策， 最终通过大家一起的讨论和对参考书 籍的翻阅，我们找到了

14、加入与非门的方法来解决4.2调试与运行结果（组装调试的方法和技巧、仿真）打开protues仿真电路图，进行了仿真,部分结果截图如下：图4-1花样一左移效果截图图4-2花样二两两左移效果截图图4-3花样三交替闪烁效果截图图4-4花样四向外扩散效果截图5仿真操作步骤及使用说明一. 各部件说明DO D15十六个LED灯为显示。二. 操作说明：0为亮，1为点击仿真运行按键后，16个灯将会按照下面的顺序进行亮灭:暗）花样一：11111111 1111111011111111 1111110111111111 1111101110111111 1111111101111111 11111111花样二：11

15、111110 1111111011111101 11111101101111111011111101111111 01111111重复一遍花样三：10101010 1010101001010101 01010101循环8次花样四：11111110 0111111111111100 0011111111111000 0001111111110000 0000111100000000 0000000011111111 1111111100000000 0000000011111111 11111111闪烁4次最后循环到第一个花样17武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书纟士审五结束语通过近两个星期

16、对本课设项目的制作， 我充分锻炼了做自己的数电构建 能力和操作能力，同时也清楚地看到了自己的知识薄弱的方面，各个知识点 没有联会贯穿，有些芯片的掌握不够准确。为了理解各个芯片以及自己项目 的功能我又特意重新看了遍教材，并且在网上搜寻了许多参考资料，这些都 帮助我加深了对数电的理解。在做此项目的过程中，我有充分体会到了实际操作以及与同学沟通的 重要性。如果没有同学的指点和交流，可能自己会在一些地方打转弯，浪费 掉很多时间。同学间的协作以及在各自方案上的互通有无对自己思路的发 散，自己项目的借鉴都起到了极大地作用。通过这次课程设计，可以很好的 把各个章节的模块融合到一起，对以后的学习，设计很有帮助

17、。最后，感谢指导老师及各位同学在方案设计时提供的各种帮助。18武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书参考文献【1】祁存荣，陈伟电子技术基础实验（数字部分）武汉理工大学教材中心【2】伍时和，吴友宇，凌玲，数字电子技术基础清华大学出版社【3】钟谊.电子线路实战，科学出版社【4】何绪芃，曾发柞.脉冲与数字电路成都：电子科技大学出版社19武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书20武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书附录1个人方案#武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书21武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书§DlEIUD<mr®TmaE一二FRL5C902722OD4P/

18、D2ODMOD+T/D0N/DD/DCDRD29CO7-19CO6-ID5<6tCG&TKUQW/BQS/B-IXO/BSKW/BOON/BchtojabKX/BI7D7La6D/AL5D/AC3D/AC<2D/Atod/aC0D0LC34053730803附录2小组方案06L5/202C2COTC-STCC2-X2-ASCm0=L-XHjEEddC322武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书附录3小组程序代码#i nclude <avr/io.h>#include <util/delay.h>#defi ne uchar un sig ned ch

19、ar#defi ne uint un sig ned intvoid LED1 (void)PORTC = 0X00;PORTD = 0X00;DDRC = 0XFF;DDRD = 0XFF;uchar i,a,b;a=0x01;b=0x01;for(i=0;i<8;i+)PORTC=a;_delay_ms(50000);a<<=1;if(PORTC = 0X80)PORTC = 0X00;for(i=0;i<8;i+)PORTD=b;_delay_ms(50000);b<<=1;void LED2(void)PORTC = 0X00;PORTD = 0X00;DDRC = 0XFF;DDRD = 0XFF;uchar i,a0,b0; a0=0xfe;b0=0xfe;for(i=0;i<7;i+)PORTD=a0;PORTC=b0;_delay_ms(50000);a0=a0<<1|0x01;b0=b0<<1|0x01;void LED3(void)PORTC = 0X00;PORTD = 0X00;DDRC = 0XFF;24武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书DDRD = OXFF;uchar i;PORTC=OX55;PORTD=OX55;for(i=0;i<4;i+