四路彩灯显示系统

1、课程设计名称：电 子 技 术 课 程 设 计 题 目：四路彩灯控器逻辑电路设计 学 期：2016-2017学 年 第 2学 期 专 业： 自动化 班 级： 自中职15-1 姓 名： 姚壮 学 号： 1526560128 指 导 教 师： 曹媛 课 程 设 计 成 绩 评 定评定标准评定指标评定标准该项成绩毕业要求指标点2.3正确使用文献分析复杂电气工程问题，并获得有效结论参数计算及单元电路的正确性设计内容的合理性结果评价毕业要求指标3.3掌握电气工程领域的基本创新方法，在设计环节中体现创新意识设计方案的可行性设计的创新性创新意识毕业要求指标：4.3能够选择与使用恰当的现代工程工具和信息技术工具

2、，解决包括预测与模拟在内的复杂电气工程问题，并能够理解其局限性。仿真或实验验证技术指标或性能结果的正确性毕业要求指标：6.3理解工程伦理的核心理念，了解电气工程师的职业性质和责任，在工程实践中能自觉遵守职业道德和规范，具有法律意识设计态度与进度设计报告图表设计内容与文字表达设计报告格式与完整性总得分标准说明：以上13个评定标准，每个评定标准5分，总分65分。得分40分以上视为总成绩合格。总成绩日期2017年 月 日摘要 彩灯是我们都熟悉的，简单的一种电路，利用了一种循环方式点亮彩灯就是运用逻辑的知识连接成一款彩灯，只要了解几种集成电路便可轻松明白它的原理。循环彩灯的电路很多，循环方式更是多种多

3、样。通过几种方案对比选出了下面这一种循环电路设计。本次课程设计通过555定时器、74LS161计时器、74LS194移位寄存器以及其它门电路实现一个四路彩灯控制器，通过这个控制器可以实现灯的不同显示。其目的在于进一步熟悉数字逻辑电路、脉冲电路的设计方法及相关数字芯片的功能和使用方法。最后通过完成这个设计可以让我们加深对电子电路的理解。关键词：555多谐振荡电路；74LS163计数器；74LS194移位寄存器；门电路辽宁工程技术大学电子技术课程设计目录综述.11 方案设计与分析.21.1 方案一.21.2方案二.21.3方案论证.32电路设计框图及功能描述.32.1各单元模块功能介绍及电路设计.

4、33电路原理设计及参数计算.6 3.1秒脉冲电路.63.2模12计数器74LS163设计. .73.3通用移位寄存器74LS194控制四个彩灯.74仿真调试.84.1电路实验仿真和测试环境.84.2电路实验仿真和测试结果.84.3系统指标参数测试结果.114.4系统指标参数仿真结果.125结论.136课程设计心得体会.13参考文献.15辽宁工程技术大学电子技术课程设计课程设计任务书一、设计题目四路彩灯控制器逻辑电路设计二、设计任务设计一个四路彩灯控制器，要求：1四路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。2四路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。3四路彩灯同时点亮，时间间隔为0.5秒，然后同时变暗，时

5、间为0.5秒，反复4次。三、设计计划电子技术课程设计共1周。第1天：查找相关资料；第2天：确定总体方案；第3天：器件选择；第4天：设计硬件电路；第5天：电路仿真；第6天：整理报告。四、设计要求1方案论证(至少提出两种设计方案,比较分析,择优选取)。2确定原理方框图。3元器件选择。4画出整个系统电路原理图,说明工作原理。5对所设计的电路进行仿真。6心得体会。指 导 教师：曹媛 时 间：2017 年6 月20 日综述 随着经济的发展，城市之间的灯光系统花样越来越多，用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，可用于节日庆典，医院病房等多处地方，同用单片机控制相比，它具有准确，不易受外界干扰出错

6、，因而得到了广泛的应用。小到人们日常生活中的电子贺卡，大到宾馆、医院等公共场所的大型数显电子钟。虽然只是小小的彩灯，但是却在人类生活中发挥着巨大的作用，需要灯光的地方就需要用它，需要自动控制的地方也需要用它，今天我的题目就是围绕它制作一个简易的循环电路。1辽宁工程技术大学电子技术课程设计1 方案设计与分析1.1 方案一采用数字芯片门电路组合实现四路彩灯显示系统。实现本系统，需要555多谐振荡时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯输出电路。中规模数字芯片的组合方式有多种，本设计决定555时钟脉冲产生电路,74163实现分频和循环控制，彩灯输出由74ls194和与门或门等逻辑门实现的。LED显示电路

7、74ls194移位寄存器彩灯输出显示控制电路555多谐振荡产生脉冲74ls163 模12计数器图1-1 数字芯片框图1.2方案二 采用单片机制电路为主实现四路彩灯显示。 51单片机 运用C语言编程，然后编译，通过单片机内部实现四路彩灯的显示，编译成功后通过下载机下载至芯片，然后连接即可实现预先功能。 四路LED灯图2-2 单片机框图1.3方案论证 1)方案一优点：不用编程，不用编译只要正确连接线路，元器件参数选择合适就能正常工作。缺点：必须掌握所有芯片的引脚功能及作用，并且连线较为复杂。 2)方案二优点：连接线路较少简单，可以实现的功能更多，扩展性强。缺点：编程较为麻烦，容易出错，不利于理解底

8、层电路的连接和实现其功能。同时用单片机控制不宜体现数字电子技术基础运用实践的能力。 3）方案选择本学期我们学习了数字电子技术，很多概念模糊不清，尽管已经学习了单片机编程技术，但是为了打好基础，学好基础电子技术课程，我决定选择方案一。2电路设计框图及功能描述2.1各单元模块功能介绍及电路设计 本系统主要分为三个单元模块，它们分别是：555多谐振荡秒脉冲电路、模12计数器74LS163设计、和移位寄存器74LS194控制显示电路。各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。2.1.1 555定时器构成秒脉冲电路设计 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,对于彩灯控制器，我们

9、需要1Hz占空比为50%的方波信号，设计电路图如下：图2-1-1 555芯片原图 它的各个引脚功能如下：1脚：，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5-16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3-18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连

10、，用做定时器时电容的放电。2.1.2模12计数器74ls163设计模12计数器74163起节拍产生和控制作用，每4s一个节拍，3个节拍共12s后反复循环。设计电路图如下：图2-1-2 74163模12 管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端为A-D清零CLR使能ENP，ENT置数LOAD数据输出端QAQD以及进位输出RCO74LS163可直接用作模2、4、8、16计数器，采用复位法或置位法可以用它实现任意模(M)计数器，彩灯控制器中的设计是实现模12计数器。2.1.3通用移位寄存器74LS194控制四个彩灯 移位寄存器是指所存的代码能在移位脉冲的作用下依次位移的寄存器，它是一种可以用二进制形式保

11、存数据的双稳器件。即能左移又能右移的寄存器称为双向移位寄存器。74LS194引脚图如下：图2-1-3 74194表2-2 74194功能表功能输入输出清除送数右移左移保持保持CP CR S1 S0 SR SL A B C DX 0 X X X X X X X X 1 1 1 X X A B C D 1 0 1 DSR X X X X X 1 1 0 X DSL X X X X 1 0 0 X X X X X X 1 X X X X X X X XQA QB QC QD0 0 0 0A B C DDSR QA QB QCQB QC QD DSLQAN QBN QCN QDNQAN QBN QCN

12、 QDN3电路原理设计及参数计算3.1秒脉冲电路 由555定时器构成的多谐振荡器； 由555定时器构成的多谐振荡器。555定时器的管脚图如图3.1所示。由于555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。因此采用此方案。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+2R2）C (3.1)控制74LS161模12计数器电阻值和电容值可设为：R1=4.2K，R2=10K，R3=10K，C=47F由公式（1-1）计算得

13、：T1.13.2模12计数器74LS163设计 由一个74LS163、一个与门和一个与非门组成，这图用的是反馈置数法，当输出端QD,QC,QB,QA为1011时，LOAD端接收到低电平0，此时74LS163输出端就重新回到了0000状态。当然还可以用反馈清零法，既是将与非门的输出端接在CLR端口，输出端QD,QC,QB,QA为1011时，将CLR置零，输出端为0000。这样一次循环就完成。图3-2计数器工作图3.3通用移位寄存器74LS194控制四个彩灯 在第一节拍中，S1S0=01，74194实现右移功能，即在时钟脉冲作用下，把DSR=1逐次移进；在第二节拍中，S1S0=10，74194实现

14、左移功能，即在时钟脉冲作用下，把DSR=0逐次反方向移进。图3-3 74ls194控制彩灯3.4 555定时器 555定时器电路是一种中规模集成定时器，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线都完全相同。4仿真调试4.1电路实验仿真和测试环境 本次设计采用Multisim软件作为硬件的仿真平台，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到

15、单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。4.2电路实验仿真和测试结果4.2.1555构成秒脉冲电路 示波器显示频率为1Hz占空比为50%的方波信号，频率计显示1Hz，如下图图4-2-1脉冲波形4.2.274ls163构成模12计数器 采用74ls163用反馈置数法，构成模12计数器，从而实现4s一个节拍，电路仿真图如下：图4-2-2 模十二计数器接线图4.2.3移位寄存器及彩灯显示电路 经仿真测试，发现四个彩灯都能按照正常的程序运行，符合设计要求，截取部分结果如下：图5-2-3移位寄存器接线图4.2.4 总电路 前面三个电路组合在一起就组装成了总电路，仿真结

16、果良好。图5-2-4 四路彩灯4.3系统指标参数测试结果 用四个发光二极管来替代四个彩灯，设依次为QAQB QC QD设“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，列出状态结果表。表4-3四路彩灯输出显示说明 输出 所用时间QA QB QC QD开机初态 0 0 0 0 0第1节 拍逐次渐亮 1 0 0 0 1S 1 1 0 0 1S 1 1 1 0 1S 1 1 1 1 1S第二节拍逆序渐灭 1 1 1 0 1S 1 1 0 0 1S 1 0 0 0 1S 0 0 0 0 1S第三节拍同时 1 1 1 1 0.5S亮0.5秒灭0.5秒 0 0 0 0 0.5S 1 1 1 1 0.5S 0 0 0 0

17、0.5S 1 1 1 1 0.5S 0 0 0 0 0.5S 1 1 1 1 0.5S 0 0 0 0 0.5S4.4仿真结果图4-4仿真结果5 结论 由上表可知，模12计数器作为分频器，起节拍产生和控制作用，每4s一个节拍，3个节拍共12s后反复循环。要实现模12计数器的话用74LS163。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮、渐灭、同时亮、同时灭等功能。 至于控制发光二级管的状态可以用通用移位寄存器74LS194，因为它具有禁止、右移、左移和并行置数四种功能，所以74LS194能实现第一、二、三节拍的功能。它具有四个并行输入端A、B、C、D和与之对应的四个并行输出QA

18、,QB,QC,QD，右移输入端SR，左移输入端SL和模式控制输入端S1，S0，以及一个无条件直接清除端CLR。当S1S0=01（右移），S1S0=10（左移），S1S0=11（并行置数）。脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为1Hz的时钟信号。6课程设计体会 通过一周的课程设计，我的彩灯控制器终于完成了。当完成这次课程设计后，感觉很有成就感，因为从电路设计到电路仿真，接线，测试都是自己独立完成。第一次真正体会到将所学知识运用到实践中的快乐，最终得到了完美的结果，但是最重要的是经历一次如此难忘的过程。 在期间，我遇到过太多多困难，它们反映了我的平时学习的基本情况。对于数字电子技术，我对一些寄存器，计数器，锁存器及各种时序逻辑电路的运用掌握不牢靠，很多的基本概念都弄不清，于是，我在设计过程中，去图书馆查阅相关书籍，并且在互联网上查阅了大量的资料，对模糊的问题，我一定会弄明白的，一点点的积累让我熟悉了很多74系列的数字芯片的用法，学会了设计数，移位，555定时器的应用电路，学会了怎样连接反馈置数法和反馈清零法，同时用了很多基本数字门电路，又巩固复习了我的数电基础知