节日装饰彩灯电路设计

1、 课程设计任务书20102011学年第二学期专业:电子信息工程技术学号:090602040 姓名:孙凌志课程设计名称:电子技术课程设计设计题目:节日装饰彩灯电路设计完成期限:自2011年 5 月31 日至2011 年 6 月14 日共 2 周设计依据、要求及主要内容:一、课题意义本课题利用电子技术知识设计出彩灯装饰电路,该电路系统主要由电源电路、超低频频率振荡器、十进制计数器/脉冲分配器、晶闸管开关电路等部分组成。通过本课题练习,学生对综合知识应用能力、设计能力将有较大提高,对今后从事电子产品的研制、生产、经营维修等打下基础。二、课题实现方法本课题利用电子技术设计节日装饰彩灯电路,可以先查阅相

2、关资料(网上查找或参考相关书籍手册,明确课题的方向和目的,然后学习完成课题所需的理论知识,了解电路的工作原理;在理解的基础上确定设计方案,设计出完整的电路,提交课程设计说明书一份。三、设计内容1.用7555时基电路与外围电阻、电容等元件组成超低频振荡器,振荡频率约为2-5HZ;十进制计数器/脉冲分配器输出电平控制晶闸管的开合,实现3路彩色灯串循环点亮,给人们带来视觉上的动感效果。2.设计要求画出电路原理图;标注元器件及参数选择;3.设计过程中,能发现问题和并解决问题。4.编写设计报告,写出设计过程,附上有关资料和图纸,有心得体会。四、设计要求1 运用555定时器,模十六计数器74LS161,双

3、D触发器74LS74,四选一数据选择器74LS153,八位移位寄存器74LS164等电路元件组成彩灯控制电路。 2由555振荡电路产生一矩形脉冲,在经74LS93分频后得到四路分频信号,由74LS7474LS153组成的电子开关去控制这四路分频信号,进而控制彩灯亮灭的顺序,从而出现彩灯四种花样自动切换。3 写出详细的设计报告。五、参考文献1 马秀娟.电工电子实践教程M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2004.157-1602 吕曙东、孙宏国.电工电子实验技术M.南京:东南大学出版社, 2004.196-1983 褚南峰.电工技术试验及课程设计M.北京:中国电力出版社,2005.166-168

4、4 郭永贞.电子技术试验与课程设计指导模拟电路分册M.南京:东南大学出版社,2004.34-395 康华光.电子技术基础M.第五版.北京:高等教育出版社,2006.2-5106 西华大学老师.电子技术试验指导书M.成都:西华大学电工电子试验实习中心,2009.105-188 节日装饰彩灯电路设计摘要彩灯是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。由555振荡电路产生一矩形脉冲,在经74LS93分频后得到四路分频信号,由74LS7474LS153组成的电子开关去控制这四路分频信号,进而控制彩灯亮灭的顺序,从而出现彩灯四种花样自动切换。关键词:彩灯电路,555定

5、时器,双D触发器,八位移位寄存器 目录一、绪论 (51.1彩灯控制技术状况 (51.2本设计任务 (5二、总体方案设计 (6三、单元模块设计 (73.1各单元模块功能介绍及电路设计 (73.2功能器件的介绍 (12四、系统功能、指标参数 (154.1系统能实现的功能 (154.2系统指标 (15总结 (17致谢 (17参考文献 (17 一、绪论彩灯是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。新中国成立后,彩灯艺术得到了更大的发展,特别是随着我国科学技术的发展,彩灯艺术更是花样翻新,奇招频出,传统的制灯工艺和现代科学技术紧密结合,将电子、建筑、机械、遥控、声学

6、、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作,把形、色、光、声、动相结合,思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一。在当今的社会里,彩灯已经成为我们生活的一部分,能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。1.1 彩灯控制技术状况彩灯控制电路是由单元电路组合而成的,主要由555振荡电路产生一矩形脉冲,在经74LS93分频后得到四路分频信号,由74LS7474LS153组成的电子开关去控制这四路分频信号,进而控制彩灯亮灭的顺序,从而出现彩灯四种花样自动切换。1.2 本设计任务运用555定时器,模十六计数器74LS161,双D触发器74LS74,四选一数据选择器74LS153,八位移位寄存器74LS1

7、64等电路元件组成彩灯控制电路, 二、总体方案设计通过查阅大量相关技术资料,并结合自己的实际知识,画出了一个比较合理的原理框图。2.1方案原理框图如图所示。 原理框图方案:彩灯控制器原理框图如图2-2所示。用555构成多谐振荡器。用4位2进制计数器74LS93接成16进制计数器,其4个输出端可以分别输出对计数脉冲的2、4、8、16分频信号。用双D触发器74LS74接成2进制加法计数器。数据选择器由双4选174LS153构成,并且只用它的一组4选1数据通道。移位寄存器选择八位74LS164,它是产生移动灯光信号的核心器件。 三、单元模块设计主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以

8、及各个单元模块之间的联接关系;同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。3.1各单元模块功能介绍及电路设计本系统主要分为3个单元模块,它们分别是:时钟脉冲产生电路模块、彩灯开关电路模块和花样输出电路模块。各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:T=0.7(R1+2R2C(3-1要用两个555产生两个时钟脉冲,一个控制74LS161模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动,其周期设为1秒左右, 电阻值和电容值可设为: R1=1K,R2=51K,C=0.01F由公式1计算得:T=0.

9、721S电路图如图1所示: 图1 时钟电路另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数器的20倍,改变R1、R2的阻值即可,可设为:R1=1K,R2=1M,C=0.01F由公式(3-1计算得:T=14.42S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Z1、Z2、Z3、Z4。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。IC2、IC4、IC5共同组成了一个电子开关。IC2输出的计数脉冲经IC4两位二进制计数,在IC4的两个输出端

10、共可得到“00”“11”4个逻辑状态。这4个状态作为IC5的4个数据通道选择信号,对应从IC3输送到IC5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IC4输出为“00”时,选通IC5的脚;为“01”时,选定IC5的脚。调节RW2改变IC2的输出脉冲周期,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 开关电路图如图2所示: 图2 开关电图令Q1Q2=AB ,74LS153数据选择器的功能表如图3-3所示表1. 数据选择器功能表 由表1可知,数据选择器的地址输入端A 、B 循环转变,输出端1Y 循环选择四种码Z1、Z2、Z3、Z4输出,使彩灯的

11、四花样自动循环改变。 输出电路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成(如图3所示。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。 图3 输出电路驱动电路用8只三极管组成8路射随器作缓冲放大,去触发作电流开关的8只双向可控硅,以控制彩灯发光。电路的十5V电源由220V/9V变压器降压,经D1一D4桥式整流,7805稳压后给控制电路供电。从IC5第脚输出的数据信号送到IC6的输入端第脚,在时钟脉冲作用下,数据在IC6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

12、现了8路4花样自动循环切换的流水彩灯。当输入移位寄存器数据输入端的码为10000000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所示 表2 寄存器数码移动情况表 由表2可看出,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,寄存器的数码移动原理相似,所以就不累赘了。 3.2功能器件的介绍本系统中主要使用了如下一些功能器件:555定时器、8位移位寄存器74LS164、双四选一数据选择器74LS153。下面就这些器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。如图4所示:

13、 图4 555定时器由于555定时器内部的比较器灵敏度较高,而且采用差分电路形式,用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。555定时器有二个比较器A1和A2,有一个RS触发器,R和S高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用,起缓冲作用。三极管VT2是放电管,将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器,由此可以获得和两个分压值,一般称为阈值。555定时器的1脚是接地端GND,2脚是低触发端TR,3脚是输出端OUT,4脚是清除端R,5脚是电压控制端CV,6脚是高触发端TH,7脚是放电端DC,8脚是电源端VCC。555定时器的输出端

14、电流可以达到200mA,因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载,如继电器、扬声器、发光二极管等。 芯片管脚图如图5所示: 图5 74LS164移位寄存器主要参数及特点1.串行输入带锁存2.时钟输入,串行输入带缓冲3.异步清除4.最高时钟频率可高达36Mhz5.功耗:10mW/bit6.74系列工作温度: 0°C - 70°C7.Vcc最高电压:7V8.输入最高电压:7V9.最大输出驱动能力:10.高电平:-0.4mA11.低电平:8mA 移位寄存器属于同步时序电路,在同一时钟脉冲作用下,可以将寄存的二进制代码或数据依次移位,用来实现数据的串行/并行或并行/串行的转换、数值

15、运算以及其他数据处理功能。芯片管脚图如图6所示 图6 74LS153数据选择器数据选择是指经过选择,把多路数据中的某一路数据传送到公共数据线上,实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关。本设计只用到了其中一组4选一开关。 四、系统功能、指标参数4.1 系统能实现的功能设计的彩灯控制器实现(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。4.2 系统指标我们对数据选择器和移位寄存器进行了测试,主要是观察运行后高低电平的变换记录表格。数据选择器记

16、录表格如3所示、移位寄存器如表4所示。表3 数据选择器运行参数 环转变,输出端1Y循环选择四种码Z1、Z2、Z3、课程设计说明书 Z4 输出，使彩灯的四花样自动循环改变。 表4 移位寄存器移动高低电平变化 CP 1 2 3 4 5 6 7 8 Ri 1 0 0 0 0 0 0 0 QA 1 0 0 0 0 0 0 0 QB 0 1 0 0 0 0 0 0 QC 0 0 1 0 0 0 0 0 QD 0 0 0 1 0 0 0 0 QE 0 0 0 0 1 0 0 0 QF 0 0 0 0 0 1 0 0 QG 0 0 0 0 0 0 1 0 QH 0 0 0 0 0 0 0 1 16 课程设计

17、说明书 总 结 本电路采用 555 构成多谐振荡器。 4 位 2 进制计数器 74LS93 接成 16 进制 用 计数器，其 4 个输出端可以分别输出对计数脉冲的 2、4、8、16 分频信号。用双 D 触发器 74LS74 接成 2 进制加法计数器。数据选择器由双 4 选 174LS153 构成， 并且只用它的一组 4 选 1 数据通道。来实现彩灯四花样的自动转换。 致谢 感谢老师的指导，使我能够完整的设计出一个节日装饰彩灯电路的设计。今后我 会更加努力的学习这些知识， 从而做出更加节能， 完美， 实用的一些电路的设计。 参考文献 1 马 秀 娟 . 电 工 电 子 实 践 教 程 M. 哈 尔 滨 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学 出 版 社 ， 2004