花样彩灯电路的设计与制作

1、明达职业技术学院毕业论文(设计)20102011学年度信息工程系电子信息工程技术专业班级 08电信（1）班 学号43083110课题名称花样彩灯电路的设计与制作 学生姓名 张旻旻 指导教师杨定成 2010 年12月24日花样彩灯电路的设计与制作作者 张旻旻【摘 要】花样彩灯控制电路。主要用于节日装饰，其电路简单、取材容易,无需调试。彩灯控制器的第一种花样为彩灯从左向右移动逐次点亮;第二种花样为彩灯从左向右移动逐次点亮;第三种花样为彩灯四亮四灭。【关键词】彩灯电路 移位寄存器 同步计数器 序言随着人们生活环境的不断改善和美化。在许多场合可以看到彩色流水灯，LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造

2、价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚，用555 / 74LS194 / 74LS160 / 74LS00集成块制成的电路，能实现多种发光功能。动态霓虹灯应该聚而不散、不能为了追求“跳跃”而给人凌乱的感觉，不管采用何种色彩，何种图案，都应该有顺序的渐变和跳跃。给受众一种秩序感、主次感、并便于受众顺着有规律的节奏接着看第二次、第三次。在设计制作时，既要给人以变换的吸引力，又要主次分明。没有色彩和图案紊乱的感觉。变换、闪烁、跳跃式的霓虹灯也能营造欢乐、多姿多彩的生活。第一章 设计方案选择与确定在本次花样彩灯循环控制电路的设计与制作中我们通过比较和实地材

3、料的考虑，看哪个方案最贴近我们的设计要求的话就把该方案设为我们的最终方案。1、设计方案一2HZ脉冲信号8位双向移位寄存器8进制计数器四2输入正与非门本电路采用555时基电路、4位双向移位寄存器74LS194、十进制同步计数器74LS160、输入正与非门74LS00。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震荡频率，即改变彩灯移动的速度，得到不同的动态效果。2、设计方案二电源多谐振荡器四位二进制计数器双四输入多路器LED发光管移位寄存器高速硅栅由4位二进制计数器74HC93、双上升沿触发器74HC74

4、、双4-1线数据选择器74HC153、8位移位寄存器74HC164、555时基电路以及稳压电路7805等组成的 花样彩灯控制电路图，该电路能进行4种花样自动变换，经常应用于装饰中。NE555与相关电容电阻等组成多谐振荡器，用来产生振荡脉冲，调节电位器就可以改变振荡频率，即改变灯光的移动速度。多谐振荡器输出的脉冲分别加在74HC93与74HC164的CP端。74HC93被接成16进制计数器，其4个输出端可分别输出对计数脉冲的2、4、8、16分频信号，该信号被传输到74HC153的数据输入端。3、方案的确定我将第一种和第二种方案比较之后觉得第一种方案更适合设计思想，更能体现毕业设计的要求。能实现任

5、务书中，要求用数码管显示抢答者序号的要求 。同时根据本次毕业设计的精神“电路最简单，调试最方便，元器件来源有保障，安全可靠，成本最低”，同时也为了贯彻毕业设计的“创新，挑战自己”的宗旨，对于上述的两种方案我进行了比较。综合各方面因素考虑，设计方案一充分的满足了本次毕业设计的要求，同时在元器件来源上可以得到保障，最终决定用设计方案一进行毕业设计。 第二章 单元电路的设计一、主电路的工作原理本电路采用555时基电路、4位双向移位寄存器74LS194、十进制同步计数器74LS160、输入正与非门74LS00组成8进制和4进制计数器，每4S、8进制计满，并向4进位进1。表1S1S0工作状态0XX置零1

6、00保持101右移110左移111并行输入04S =0 置零 灯全熄48S S1S0=0 1 (片1 )194的SR线1，从左向右灯亮812S S1S0=1 0 (片2)DIL(SL)线1，从右向左灯灭1316S S1S0=1 1 并行输入全1，灯全亮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震荡频率，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。多谐振荡器输出的计数脉冲经双D触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻

7、辑状态。这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，对应从模十六计数器输送到数据选择器的QA，QB，QC，QD四个分频信号。其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。当双D触发器输出为“00”时，数据选择器输出10000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样一；为“10” 时，数据选择器输出11000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样二；为“01” 时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；为“11” 时数据选择器输出0000序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。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。

8、数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，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，就出现了花样自动循环切换的流水彩灯。二、555定时器555定时器又称时基电路，是一种数字、模拟混合型中规模集成电路。由于内部电压标准仪使用了三个5K欧的电阻，故取名为555电路。其电路类型有双极型的，称为555。但从表面上看，有单片的，也有同一集成块内封装了两个独立的555电路，称为双555，代号为556或7556。双极型555的电源电压Vcc=+5V+15V，输出最大电流可达200mA，推动一个继电器线圈，喇嘛，蜂鸣器可不加功率驱动。N

9、E555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路在很多电子产品中都有应用。NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲555时基集成电路内部一共集成了21个晶体三极管、16个电阻、4个二极管、组成了两个电压比较器、一个RS触发器、一个放电晶体管和一个由3只全等电阻组成的分压器。555时基集成功能框图如图3划线部分所示，图中A1、A2是两个高增益的电压比较器，它们的输出端分别接到触发器的R端（置“0”端）和S端（置“1”端）；VT是放电晶体管;R1、R2、R3阻值相等，均为5K欧，组成分压器，555的名称可能就因此而来。图1 555时基电路内部电路功

10、能框图及引脚图A1称为上比较器，A2成为下比较器，由于R1、R2、R3阻值相等，因此集成块的5脚即控制端电位固定在2VDD/3上（VDD为时基集成电路的工作电源电压），6脚作为高电平输入端。同理，下比较器A2的同相输入端电位被固定在上，反相输入端即2脚作为触发端。A1与A2的输出端分别送到触发器（即双稳态触发器）的复位端R（即置“”0）和置位端S（即置“1”），以控制输出端(3脚)的电平状态和放电管的导通与截止。三、同步十进制计数器74LS160  用于快速计数的内部超前进位；可以N位级联的进位输出；能够实现同步可编程序；有置数控制线功能；能够实现二极管箝位输入；可以进行直接清零；同

11、时可以进行同步计数。图2 74LS160引脚图74LS160的预置是同步的，当置入控制器为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致，对于74LS160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端CEP、CET为高电平。则应避免由低至高电平的跳变。从而74LS160无此种限制。160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的，当CEP、CET为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰，对于74160，只有当CP为高电平时CEP、CET才允许由高至低电平的跳变，而74160的CEP、CET跳变与CP无关。160有超

12、前进位功能。当计数溢出时，进位输出端输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分，在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器，对于74LS160在CP出现前，即使CEP、CET、发生变化，电路的功能也不受影响。四、移位寄存器74LS194移位寄存器74LS194的控制输入端S1和S0是用来进行移位方向控制的，S0为高电平时，移位寄存器处于向左移位的工作状态，二进制数码在CP脉冲的控制下由高到低逐位移入寄存器，因此可以实现串行输入；在S1为低电平时，移位寄存器处于向右移位的工作状态，二进制数码在CP脉冲的控制下逐位移出寄存器(低位在前，高位在后)。 在串行输入、并行输出的转换中，若将四位二进

13、制数码全部送入寄存器内（四位寄存器）。由于每个CP脉冲移位寄存器只移一位，四位二进制数码需要四个CP脉冲。但若四位二进制数码还含有其它检验码(如奇偶校验码)，则总数码有几位就需要几个CP脉冲。双向移位寄存器主要用于二进制数码的存储,它既可并行输入数码,也可串行输入数码,同时还可将存储的数码左移或右移1位。利用其串行输入及双向移位特性,配合集成电压比较器,可构成性能优良的自动量程选择电路。图3第三章 电路安装与调试按原理图所示的电路结构及元器件实际尺寸，设计合适的通用电路板，并插接元器件。本次设计的电路看似简单，但实际上涉及到的内容非常多，既是一次挑战又是一次难得的学习机会。在老师的悉心指导下，

14、重新分析并检查电路，这是一个艰难漫长的过程，也是以很好的锻炼过程，提高了我的查找问题、分析问题、解决问题的能力在这个检查过程中最重要的一个部分就是由555定时器组成的多谐振荡器，顾名思义多谐振荡器是起振荡作用的，因此就涉及到干扰问题，如果导线连接得过多过长就会产生干扰，而无法产生脉冲信号，导致滑动变阻器无效，电源电压不经过电路直接输出。还有74LS194组成 8位双向移位寄存器，74LS194移位寄存器的控制输入端S1和S0是用来进行移位方向控制的，S0为高电平时，移位寄存器处于向左移位的工作状态，二进制数码在CP脉冲的控制下由高到低逐位移入寄存器，因此可以实现串行输入；在S1为低电平时，移位

15、寄存器处于向右移位的工作状态，二进制数码在CP脉冲的控制下逐位移出寄存器(低位在前，高位在后)。74LS160与与非门组成8进制和四进制计数器，所以一定要注意把他们接好。每个集成块必须接地和接电源，否则有可能烧坏，现象就出不来了。 在认真检查完电路并替换元器件之后，适当调整。接通电源后，电路就可以正常工作了，用万用表测量输出电流和电压是否在理论值范围之内。在连电路过程中还有重要的一点工艺，一定要美观大方，这样做出来的作品更像艺术品，符合设计理念。数据：555：T=0.41S F=2.44HZ 74LS160: T=0.46S F=2.2HZ (11脚) T=14S F=0.071 (13脚)

16、T=7.2S F=0.14HZ(14脚) 74LS194: T=0.42S F=2.4HZ心得体会本次课程设计是花样彩灯电路的设计与制作，运用的是学过的数字电路和模拟电路的知识。在电路方面，我对74LS194、74LS160、74LS00内部结构不是很了解，在网上查了很都资料才对其有一定的了解，通过本次花样彩灯电路的设计，真正体验到了一个设计从前期的找资料到后来的制板，自己焊接，自己调试这样一个一个完整的设计过程。在这个过程里将以前所学的知识进行了综合的运用，发现了自己很多不足的地方，理论知识与实际应用之间的距离也充分的体现了出来。当然，更多的是学到了很多的东西，为以后的设计打好基础。 在这次

17、设计过程中，我们不仅巩固了专业知识，而且学会了许多专业以外的知识，我们尝试到了各种酸、甜、苦、辣，也学到了许多宝贵的东西，例如文化知识、交际能力、团队精神、动手能力、合作能力等。此次毕业设计在杨老师的帮助下得以完成，真的感谢老师这么多天来在这么冷的天里不畏严寒带领我们做好毕业设计的各个环节，为我们指出很多错误的地方，不厌其烦的指导我们。让我们此次毕业设计得以圆满完成。在此我向杨老师表示最真诚的感谢。【参考文献】1张庆双. 灯光控制经典实用电路. 机械工业出版社，2007。2童诗白. 模拟电子技术基础（模拟部分） 北京：高等教育出版社，1988。3张志悦. 数字电路设计与实用电路. 广州:华南理工大出版社.