移动方向可逆的彩灯控制器

1、课题名称：移动方向可逆的彩灯控制器班级：09级测控（2）班 姓名：蔡学超 学号：20090077 组员：蔡学超、蒋侠有、杨桢 指导老师：潘平*内容提要该报告分别对设计要求，设计电路图，元器件的附录以及其他一些较为细节部分做了详略得当的介绍。解决了由数字电路设计一个彩灯控制器的过程。该控制器控制红绿黄三个灯，按全灭 红 红绿 绿 黄绿 黄 全亮 全灭。 紧接着按逆向循环闪亮 全亮 黄 黄绿 绿 红绿 红全灭的顺序依次点亮。即由电子电路实现一个可正向循环、逆向循环效果的彩灯控制器。在分析完要求后，分析了各个子模快的独立功能，记述了我们在整个设计过程中对各个部分的设计思路，以及各种电路设计方案的选择

2、、元器件的选择、以及对它们的仿真调试，最后得到比较满意的完整电路图。当然我们也在实际连线中遇到了不少问题，在这一并讲解。A:设计的的2点要求：1 控制红、绿、黄一组彩灯循环闪亮，变化的规律是：先按正向循环闪亮， 全灭 红 红绿 绿 黄绿 黄 全亮 全灭。 紧接着按逆向循环闪亮 全亮 黄 黄绿 绿 红绿 红全灭，如此往复循环,产生移动方向变化的流水效果，且正向循环闪亮速度慢， 逆向循环闪亮速度快。2 彩灯白天不亮，夜晚自动亮。B:设计的整体思路：a：彩灯控制器可由六部分组成：脉冲发生装置，光敏检测装置，计数端控制电路，可逆计数器，循环结束判别电路，以及由译码器构成的逻辑电路。b：首先光敏电阻检测

3、周围环境的光强，以区分白天夜晚，控制彩灯的亮灭。由555定时器组成的多谢振荡器产生脉冲信号控制彩灯的逆向循环，同时经由D触发器二分频产生低频脉冲控制彩灯的正向循环。c：上述两脉冲分别送入74192可逆计数器的Down端和Up端用来控制计数器的加法计数和减法计数。每完成一次计数循环通过循环结束判别电路的判断由加法计数改为减法计数，或由减法计数改为加法计数，如此往复。 d：再由可逆计数器的输出端通过译码电路控制彩灯的亮灭。e：并且由光明电路产生清零新号送给74192的CLR端，用来自动控制彩灯由黑夜变为白天时自动熄灭的信号。（附）C:彩灯控制原理框图：光敏检测电路555脉冲发生器可逆计数器逻辑电路

4、红黄绿Q2Q1Q0DCP加减控制正向循环、逆向循判别电路时钟快慢控制 D:子模块电路图及其原理分析：a. 光控电路利用光敏电阻控制彩灯白天不亮，夜晚亮 光控方案图1：设定光敏参数：光照下电阻大约为2千欧，无光照下电阻大约为100千欧。经查证是MG41-2型的。通过计算，选择4千欧的电阻与光敏电阻连接，光敏电阻另一端接VCC，电阻另一端接地，光敏电阻与电阻的共同端接555的THR端，其余连接见上图，OUT为输出端。白天光敏电阻的电阻小，OUT端输出低电平，夜晚则相反。将OUT端与产生脉冲的多谐振荡器的RES端相连及可起到控制彩灯白天不亮夜晚亮的作用。附录（一些光敏电阻的技术参数）：光控方案2：电

5、路说明：此电路由电路电平直接控制多谐震荡的RES端，在仿真中是可以的（我试过），但是考虑到实际电路中光敏参数可能要比这大得多，不好再用这种方案，故在实际连线过程中还是要用方案一。b. 多谐振荡器输出脉冲信号源 脉冲发生电路图：（1秒） 由定时器555内部结构得知，2个比较器出发输入端6和2是接在一个端点上并跟电容连接，这个端点上的电容电压变动，会同时导致两个比较器的输出电平改变，使RS触发器的输出逻辑改变。电源经和给电容充电。当上升到时，=,输出电压为低电平，放电管T导通，电容经放电端放电，开始下降，当下降到时，=，输出电压为高电平。同时放电管T截止，放电端断开，电源又经和给电容C充电，使上升

6、。这样周而复始，电容电压形成了一个周期性充电放电的指数波形，输出电压就形成周期性的矩形脉冲。=1Hz，T1S而经D触发器分频之后的频率为原频率的一半，分频电路如下图所示：分频电路D触发器 将D触发器的D端与相连，则从Q输出的波形频率为输入的CP脉冲的一半。c. 计数器以及加减控制电路电路图如下图所示：脉冲发生器逻辑译码电路详细介绍：a）当开始计数时，计数器首先进行正向加法计数，此时图示下方的D触发器输出端为1，端为0，控制Down端的与非门输出始终为1，同时控制Up端的与非门输出完全由由低频率脉冲决定，进而控制计数器的加法计数。当计数达到111时，由循环结束判别电路产生一个1信号输入该D触发器

7、的脉冲端，从而使该D触发器进行翻转，进行减法计数。在进行减法计数时，控制Up端的与非门输出始终为1，同时控制Down端的与非门输出由高频率脉冲决定，进而控制计数器的减法计数。当数值减到000时，由循环结束判别电路产生一个1信号控制D触发器翻转。在加减的过程中该D触发器的CP脉冲始终为0，只有当减到000或者加到111时，才会产生1信号使得该D触发器翻转。从而控制正向循环和逆向循环。b）清零端CLR端由光控电路输给，白天输给1自动清零，不计数；晚上输给0，开始工作。c）附触发器的触发特性表如下： 000010101111控制D触发器翻转的CP脉冲波形如下图：d）：74LS192的管脚及功能用法;

8、74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。(bcd,二进制)1： CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。2： LD为预置输入控制端，异步预置。低电平有效。:3： CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。:4： CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出。d. 逻辑电路输出控制小灯亮灭的逻辑关系其真值表如下所示：CBA红绿黄000000001100010110 011010100011101 001110111111000根据真值表，写出目标函数的逻辑最小项的表达式，如下所示：红=m(1 , 2 , 6)绿=m(2 , 3 , 4 , 6)黄=m(4 , 5 , 6)以上过程由7

9、4LS138与74LS20实现，电路图如下图所示：E:完整电路说明:a：由光敏电路控制脉冲的有无，进而控制计数的有无。 b：白天时光控电路输出低电平，多谐振荡器不工作，则整个电路不工作，彩灯不亮。夜晚时，光控电路输出高电平，多谐振荡器工作，整个电路工作，彩灯按照已经设定的顺序亮灭。c：由555组成的多谐振荡器输出1S的脉冲信号，同经过D触发器分频的脉冲信号分别送入74192计数器的Down端和Up端，用来控制计数器的加减计数。计数器的三个输出端输入到译码器74138，由74138及与非门芯片7420组成的逻辑电路将计数信号转换成控制彩灯亮灭的电平信号，完成整个电路功能。F:完整电路图如下所示：

10、G:元器件清单:元件名称规格作用 数量555定时器组成多谐振荡器和光敏电阻2电容10 uF1电阻 20K,100K,4K各1个光敏电阻 MG42-2174HC74集成D触发器174LS002输入与非门174LS204输入与非门274LS192十进制可逆计数器174LS138译码器1H:附录：本次设计中要用到的芯片引脚: I:仿真过程和连线过程遇到的问题:仿真过程比较顺利，通过各个模块的设计与仿真，将各模块组装到一起，最终完成整个电路功能。连线过程和原理图一样，但是在过程中也出现了一些问题，比如：1. 布线不太合理，有跨线的部分2. 芯片有问题，没能及时查出，花费了不少时间。问题1主要是线路过多

11、过密导致接线混乱和接线过程中粗心大意产生的，最后，我们采取先主后次，先内后外的方法重新布局，效果不错，对于问题2，我们最后一个片子一个片子的检查，最后终于发现是7474和74192都坏了，换过片子后得到了期望的结果J:设计感想：a:收获：电子课程设计，一方面让我们动了脑，也复习了数字电路的部分知识，对数电有了更深层次的理解。毕竟是第一次动手做电子产品，所以很兴奋，更让我们体会到了理论和实践相结合的重要性。理论是前提，所以我们必须打好电子方面的基础。与此同时，我们也了解到了理论与实践的差异性。不去时间的理论，是得不到大家的认可的。在连线过程中，锻炼了我们的动手能力。这次实习给我们提供了一个应用自

12、己所学知识的机会，从到图书馆和上网查找资料到对电路的设计很有帮助，在电路的仿真调试再到最后电路的成型的过程中，我们的思维能力和时间能力都得到了大幅度的提升。结束仿真进入实验室具体连线是一个实现设计的飞跃过程，连接电路要有耐心，不能丝毫大意。需要对每块芯片的实用性进行检验，尽量避免因为芯片的原因导致实验结果出不来。（我们组就是因为没有检验芯片才浪费了大量的时间）由于整个电路过于复杂繁琐，我们需要一个模块一个模块的进行连接、调试，用示波器和万用表检验是否正确。在每个模块都检验到正确后再组合到一起，完成整个电路。这次的电子课程设计不仅对我们所学知识进行了一次复习和检验，更重要的是培养了我们的思维能力、耐心、毅力、和实事求是的品质，对我的教育意义重大。b:建议：以后给我们的学弟学妹们更多的时间去做相关方面的课程讨论、设计，多出一些新鲜的课题，多用一些新鲜的方案。K:在设计过程中要查阅的相关资料如下数字电路与逻辑设计 林红 主编 清华大学出版社电子设计与仿真技术 袁宏、李忠波 编著 机械工业出版社电工与电子技术实验 徐晓冰、江萍 编著 机械工业出版社以及互联