彩灯控制器(共16页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 题目：彩灯控制器姓 名 学 号 班 级 指导教师 2014 年 6 月28日课程设计任务书班 级 通四 姓 名 学 号 7课程设计题目 彩灯控制器课程设计起止日期 2014/6/16至2014/7/3实习地点 实验楼105课程设计内容与要求一、 设计任务与要求基本任务：节目彩灯五彩缤纷，彩灯的控制电路种类繁多。要求用中小规模集成芯片（移位寄存器为核心元件）设计并制作一个8路彩灯控制器。具体要求如下：1、彩灯控制电路要求控制8个以上的彩灯。2、要求彩灯组成两种以上花型，每种花型连续循环两次，各种花型轮流交替。扩展任务：根据需要灵活控制四种花形的变换和闪烁周期的调整：(

2、1)  彩灯一亮一灭,从左向右移动；(2)  彩灯两亮两灭，从左向右移动； (3)  四亮四灭，从左向右移动；  (4)  从18从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭；   (5)  四种花样自动变换。按上述顺序周期性工作，亮暗间隔1s左右。二、预习要求1复习移位寄存器和555定时器的工作原理,熟悉常用器件的功能及使用方法。2设计可预置时间的定时电路。3设计总体方框图，根据总体框图设计主体电路和扩展电路。5. 选定所需器件及参数。 指导教师 2014年

3、 6月 16 日专心-专注-专业课程设计报告前言本次设计是利用数字电子技术,实现对彩灯的遥控，彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，价格便宜，生产简单，故本次设计具有很好的使用价值整个电路的设计借助于multisim 仿真软件，在multisim 下设计和进行仿真，得到了预期的结果。一、系统组成及工作原理 1-1系统组成框图把四花样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。系统可由三个模块组成。设计框图如图1-1所示：花样输出显示电路花样编码电路和花样控制电路振荡电路图1-1系统组成框图1-2.工作原理分析电路工

4、作原理整体思路：由555构成多谐振荡器，产生的脉冲作为模16和八位移位寄存器的时钟信号，控制着周期；74LS153选择一路工作，双的输出作为74LS153的信号输入。 从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。调节多谐振荡器的电阻可以改变振荡频率，即改变彩灯移动的速度，得到不同的动态效果。多谐振荡器、双D触发器、数据选择器共同组成一个电子开关。模16的进位输出脉冲经两个双D触发器构成两位二进制计数器。调节开关电路的CP脉冲产生电路的电阻，可以改变开关的切换时间用以选择每种花样出现时间的长短。数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端

5、，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从Q0到Q7顺序移动。移动的八位控制信号直接控制发光二极管的亮灭，于是出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。设计方案方案1：用模十六计数器的输出端的最高位QD作为双D触发器的时钟。计数器每计八个数，QD由低电平变为高电平，双D触发器的状态改变，四选一数据选择器74LS153选择下一种码输出，彩灯变为另一种花样，以后四种花样循环改变。如果按此方案连接电路，彩灯无法完成第四种花样（依次点亮，依次熄灭），只能完成一半，依次点亮或依次熄灭，部分实现了设计要求，所以不采用。方案2：由555接成多谐振荡器16进制计数器，其4个输出端可分别输出对计数脉

6、冲的2、4、8、16分频信号。双D触发器74LS74接成两位2进制加法计数器。双4选l数据选择器74LSl53。单向移位寄存器74LSl64是产生移动灯光信号的核心器件。驱动电路用8只二极管与分压电阻组成，以控制彩灯正常发光。电路的十5V电源由交流电源提供。 从第一个555的3脚出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到74LS161的2脚；另一路作为移位时钟脉冲加到74LS164的8脚。调节500k滑动变阻器改变555的振荡频率，可以改变灯光的移动速度，以得到不同的动态效果。由模十六的RCO端输出信号作为74LS74的时钟信号，即可得两位二进制计数，在74LS74的两个输出端共可

7、得到“00”“01”“10”“11”4个逻辑状态。这4个状态作为74LS153的4个数据通道选择信号，对应74LS161给74LS153的QA、QB、QC、QD4个分频信号。其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。当74LS74输出为“00”时，选通74LS153的6脚；为“01”时，选通74LS153的5脚。从74LS153第7脚输出的数据信号送到74LS164的输入端，在时钟脉冲作用下，数据在74LS164的8位并行输出端从Q0一Q7顺序移动。这一移动的8位控制信号经功率驱动电路去推动8路彩灯，就出现了8路4花样自动循环切换的流水彩灯。主要参考元器 555定时器，模十六计数器74LS

8、161，双D触发器74LS74，与门74LS08，非门74LS04，双四选一数据选择器74LS153，八位移位寄存器74LS164，8个490欧姆的电阻，一个0.01uF的电容和一个2.2uF的电容，一个100k欧姆的电阻与一个500k欧姆的滑动变阻器1-3.仿真情况彩灯一亮一灭,依次变换；彩灯两亮两灭，依次变换；四亮四灭，依次变换；从18从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭如图1-2；四种花样自动变换。图1-2彩灯两亮两灭，依次变换二、单元电路设计与计算2-1.振荡电路555定时器接成多谐振荡器构成整个电路的信号脉冲源，如图所示，一脚接0.01uF的电容；2和6出来接2.2uF的电容和一个滑动变阻

9、器（假设初值为200K），来控制其周期的长短变化，来调节彩灯变化的快慢，滑动变阻器的另一端接7脚，并与100K的电阻串联，电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲，如图2-1所示：信号输出图2-1 振荡电路占空比R1R2R12R23/5周期（R1R2）CLn20.4572-2花样编码电路根据彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即四种码产生电路要产生的码，如表2-1所示：表2-1 四种码花样状态要求周期（位）码1一亮一灭，从左向右移动16000002两亮两灭，从左向右移动16000003四亮四灭，从左向右移动16100004从18从00左到右逐次点亮，然后逐次熄灭1600000模十六与

10、双四选一数据选择器列出这四种花型的真值表，如表2-2所示：表2-2四种花型的真值表QDQDQCQCQBQBQAQAC0C0C1C1C2C2C3C3由此可得：C0QCQBQAC1QCQBC2QCC3QD电路图如图2-2所示：图2-2 花样编码电路2-3.花样控制电路要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地输出C0、C1、C2、C3。使双D触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端，双D触发器能产生00、01、10、11这四钟循环的状态，从而使选择器循环的选择一种码输出，实现彩灯的四花样循环。开关电路图如图2-3所示：图2-3花样控制电路2-4.花样输出显示电路输出电

11、路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成。寄存器的数据输入端接收开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，输出四种彩灯花样。当输入移位寄存器数据输入端的码为时，清零后在移位脉冲CP的作用下，寄存器数码移动情况如表2-4所示： 表2-4  寄存器数码移动情况表CPRiQAQBQCQDQEQFQGQH11100000002001000000300010000040000100005000001000600000010070000000108000000001输入码中的那位高电平“1” 从寄存器的输出端QA经八个移位脉冲CP作用后逐渐到

12、了QH，使输出端所连接的彩灯依次点亮，实现了彩灯依次点亮的花样。当输入另外的三种码时，寄存器的数码同理移动，彩灯依次点亮。其电路图如图2-4所示：图2-4 花样输出显示电路2-5实验、调试及测试结果分析与时间安排2-5-1.实验设计步骤：（1） 首先明白电路要求，掌握所需芯片的功能及线路连接。（2） 在Multisim上连接电路图，并进行仿真，多次修改后得到正确的仿真结果。（3） 练习焊接电路。（4） 进行排版，焊接电路。（5） 电路焊接结束后，检查结果，如出现问题，找到问题，并进行调试，直到得到正确结果。（6） 写实验报告，分析结果。2-5-2调试及分析1.调试使用的主要仪器:数字万用表、交

13、流电源、示波器 2.测试电路的方法和技巧:先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。3.调试中出现的故障、原因及排除方法：（1）彩灯都没亮：经检查发现原因是555不能起振，改变多谐振荡器的电阻，电容。（原仿真图中的555在实际电路中无法起振，更换电容电阻后根据示波器观测，可起振）（2）调试时彩灯第一种亮的时候无规律，后面正常，经检查后发现是线路接错所致。（3）彩灯有个别不亮，并且芯片发烫，并不是短接，检查后发现是分压电阻过小（刚

14、开始选20欧姆），所以改用490欧姆的电阻（4）芯片74LS74发烫，经检查发现原因是芯片管脚接错，经查阅管脚图后改正。2-5-3时间安排（1）第一周：分析电路，设计电路，进行仿真，得到预期结果。（2）第二周：练习焊接，焊接电路，分析调试，得到结果，写实验报告。（3）第三周：总结实验，进行答辩。三、各芯片管脚图3-1. 双四选一数据选择器74LS153，芯片管脚图如图3-1所示：图3-1 74LS153管脚图3-1-1.74LS153的工能表如表2-3所示：表2-3 74LS153的工能表1s2sA1A0Y01001D001011D101101D201111D33-2. 8位移位寄存器74LS164，芯片管脚图如图3-2所示:图3-2 74LS164管脚图3-3.555芯片管脚图如图3-3所示：图3-3. 555芯片管脚图四、整体电路图如图4-1所示：图4-1 整体电路图通过改变多谐振荡器的电阻可改变彩灯流动的速度和各花样持续的时间，实现了彩灯花样的动态变化，增强了控制器的灵活性。五、总结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部分来实现，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