LED單片彩燈控制器設(shè)計書

華北科技學(xué)院課程設(shè)計 0 片 彩燈控制器設(shè)計 書 一、設(shè)計任務(wù)與要求 利用控制電路可使彩燈按一定 規(guī)律不斷改變狀態(tài)，不僅可獲得良好的觀賞效果，而且可以省電。 1、 以 為控制器的 顯示 器件 ， 它能 自動 地 顯示 出數(shù)字 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9（自然數(shù)列）， 1、 3、 5、 7、9（奇數(shù)列）， 0、 2、 4、 6、 8（偶數(shù)列） ， 然后又依次顯示 出自然數(shù)列、奇數(shù)列、和偶數(shù)列 ， 如此周而復(fù)始， 不斷循環(huán)。 2、打開電源 時控制器可 自動清零， 從電源接通時刻起， 數(shù)碼管最先顯示自然數(shù)列， 然后按規(guī)律 循環(huán) 。 3、每個數(shù)字的 一次 顯示時間 基本相等 ，這個時間在 2 4、 寫設(shè)計說明書，畫原理圖。 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 1 二、 設(shè)計的方案的選擇與論證 設(shè)計要求 數(shù)碼管顯示，自動顯示數(shù)字隊列 0、 1、 2、 3、 4、 5、6、 7、 8、 9（自然數(shù)列）， 1、 3、 5、 7、 9（奇數(shù)列） 和 0、 2、 4、6、 8（偶數(shù)列），然后又依次顯示同上數(shù)列，不斷循環(huán)。 則需要我們提供能遵循上述循環(huán)的脈沖，也就是說產(chǎn)生脈沖的電路是必不可少的，這里 將 選用 555定時器。顯示數(shù)字從 0到 9只要設(shè)計十進制計數(shù)器 74生就可以，要從 1、 3、 5、 7、 9 跳變，只要將 置 1，要從 0、 2、 4、 6、 8跳變，只要將 。最后通過 555 定時器不斷送出脈沖，按照上訴循環(huán)。當(dāng)然這些過程還需要用到 7474控制電路。 上述也就是用十進制計數(shù)器對時鐘信號脈沖進行計數(shù)實現(xiàn)第一步，讓顯示電路輸出 0、 1、 3 8、 9，然后用分頻器將計數(shù)脈沖的頻率變?yōu)樵瓉淼氖种唤拥搅硪挥嫈?shù)器中產(chǎn)生兩位二進制地址碼，再通過四選一數(shù)據(jù)選擇器分別產(chǎn)生奇數(shù)、偶數(shù) 數(shù)列。 電路完成后因為開始的時候不一定能從 0 到 9開始跳變，所以 設(shè)計一個開關(guān)來控制。只要將開關(guān)一端接高電平，另一端接地，打開電 源開關(guān)，自動清零，即通電之后最先顯示自然數(shù)列 0，再顯示 1， 按上述規(guī)律變化。 因為 555送出的脈沖不會產(chǎn)生太大的 差異，所以只要電路正確 每個數(shù)字的顯示時間 就會 基本相等 。 成部分： （ 1）時鐘信號發(fā)生器 用 555定時器電路在外部配上幾個適當(dāng)?shù)淖枞?和二極管 構(gòu)成華北科技學(xué)院課程設(shè)計 2 時鐘信號，為彩燈電路提供必要的信號源。并且要求 設(shè)計的頻率可以使每個數(shù)字的顯示時間在 也就是要求電容和電阻的搭配 要在一定范圍內(nèi)，若搭配不合理，會導(dǎo)致頻率過快，或過慢，以至于 在測試的時候極為不方便，甚至測不出來。所以 555定 時器要陪上合理的電容電阻器件。 （ 2）計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器； 用十進制計數(shù)器對時鐘信號脈沖進行計數(shù)實現(xiàn)第一步，讓顯示電路輸出 0、 1、 3 8、 9，然后用分頻器將計數(shù)脈沖的頻率變?yōu)樵瓉淼氖种唤拥搅硪挥嫈?shù)器中產(chǎn)生兩位二進制地址碼，再通過四選一數(shù)據(jù)選擇器分別產(chǎn)生奇數(shù)、偶數(shù) ， 然后通過譯碼器接到顯示電路實現(xiàn)其循環(huán)。 （ 3）開關(guān)電路。 本控制器電路應(yīng)由時鐘發(fā)生信號電路、計數(shù)器、分頻電路、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器顯示電路組成。 本控制器的核心元件為計數(shù)器、分頻器、數(shù)據(jù)選擇器 、譯碼器 ，分別采用集成電路 747474448。 【 1】 74 14腳雙列直插的異步二 五 十進制加法計數(shù)器，它既可以作二進制加法計數(shù)器，又可以作五進制和十進制加法計數(shù)器，其引腳如下圖 1所示。通過不同的連接方式， 74且還可借助 1）、 2）對計數(shù)器清零，借助 1）、 2）將計數(shù)器置 9，同時它還可以從不同的引腳接出作為 2具體功 能 詳述如華北科技學(xué)院課程設(shè)計 3 下： （ 1） 計數(shù)脈沖從 二進制計數(shù)器。 （ 2） 計數(shù)脈沖從 入， 為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。 （ 3） 若將 數(shù)脈沖由 構(gòu)成異步 8421碼十進制加法計數(shù)器。 （ 4） 若將 數(shù)脈沖由 則構(gòu)成異步 5421碼十進制加法計數(shù)器。 （ 5） 清零、置 9 功能。 a)異步清零 當(dāng) 1）、 2）均為“ 1”； 1）、 2）中有“ 0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即 000。 b)置 9功能 當(dāng) 1）、 2）均為“ 1”； 1）、 2）中有“ 0”時，實現(xiàn)置 9功能，即 1001. 圖 1 74【 2】 74 個完全一樣的四選一數(shù)據(jù)選擇器。兩個數(shù)華北科技學(xué)院課程設(shè)計 4 據(jù)選擇器有公共的地址輸入端，而輸出端和輸入端是各自獨立的。通過給定不同的地址代碼（ 即可從 4個輸入端中選出所要的一個，并送至輸出端 Y。 該設(shè)計的關(guān)鍵是對產(chǎn)生十進制的 74A 強制置數(shù)的處理，設(shè)計要求產(chǎn)生奇數(shù)，實際上就是 制置 1；要求產(chǎn)生偶數(shù)，實際上就是把 ； 然后通過譯碼器將信號翻 譯后輸出到顯示電路。定時器 555是一種雙極型中規(guī)模集成電路 , 只要元件和適當(dāng)?shù)碾娐愤B接 , 就可構(gòu)成多諧振蕩器。該器件的電源電壓為 5V, 驅(qū)動電流也較大 , 并能提供與 此可以由上述電路實現(xiàn)電路所需的信號源。 【 3】 74步清除） ： 74可預(yù)置的十進制同步計數(shù)器 ， 它清除端是同步的。當(dāng)清除端 /低電平時，在時鐘端 升沿作用下 ,才可完成清除功能。 74預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器 /它的清除端是同步的。當(dāng) 清除端 /低電平時，在時鐘端 升沿作用下，才可完成清除功能。 162 的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器 /低電平時 ,在 升沿作用下，輸出端 數(shù)據(jù)輸入端 致。對于 74 低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)控制端 / 74 74計數(shù)是同步的，靠 時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。 當(dāng) 高電平時，在 時變化 ,從而消除了異步計數(shù)器 中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰 ,對于74有 當(dāng) 5 的跳變， 而 74 162 有超前進位功能。當(dāng)計數(shù)溢出時，進位輸出端（ 輸出一 個高電平脈沖，其寬度為 高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成 N 位同步計數(shù)器。 對于 74 現(xiàn)前，即使 ， 電路的功能也不受影響 74 *作模式 L X X X 清零 H L X X 置數(shù) H H H H 計數(shù) H H L X 不變 H H X L 不變 表 1 7474 如下 圖 2 74 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 6 時鐘信號發(fā)生器 計數(shù)器 分頻器 數(shù)據(jù)選擇器 地址碼產(chǎn)生計數(shù)器 譯碼器 顯示電路 三、電路設(shè)計計算與分析 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 7 圖 3 總原理圖 如上圖 3 所示， 由 74成的十制計數(shù)器，將 從 14腳 信號輸入，構(gòu)成十進制計數(shù)器，再用另一塊 74接法和十華北科技學(xué)院課程設(shè)計 8 進制計數(shù)器一樣的接法 ，都是將 92接地 ，從 14 腳 信號輸入， 11 腳 與 非 門 兩個輸入端，將其輸出端接 4腳 4，從而使其中 、 4、 5、 6腳接地， 7腳、 9 腳、 10 腳接高電平，再將地址碼信號和十進制計數(shù)器 4（ 74即 和 14 腳分別接 2 腳和 14 腳 ，其中 4 腳接地， 5腳接高電平使計數(shù)器在 0、 1、 2 9 之后使 即可實現(xiàn)電路輸出為奇數(shù)， 4 腳接地 則可使輸出端 制置 0，從而輸出偶數(shù)列， 1腳 、 8腳、 9腳 分別接數(shù)碼管的 4,3,2。 腳。 3的清零端，實現(xiàn)三個兩位地址的循環(huán)輸出。 由 74圖 4） 圖 4 74由 74圖 5） 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 9 讓 ： 圖 5 74由 74圖 6） 讓 ： 圖 6 74華北科技學(xué)院課程設(shè)計 10 下圖 7： 圖 7 時鐘信號發(fā)生器 定時器 555是一種雙極型中規(guī)模集成電路 , 只要元件和適當(dāng)?shù)碾娐愤B接 , 就可構(gòu)成多諧振蕩器。該器件的電源電壓為 5V, 驅(qū)動電流也較大 , 并能提供與 此可以由上述電路實現(xiàn)電路所需的信號源。如圖 7所示，由 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器可提供核心電路所需的時鐘信號， 其外接元件參數(shù)如圖所示，分別外接 兩個 2 20及 一 個 1 00加 5伏的工作電壓，從而可以產(chǎn)生 頻率在 50 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 11 圖 8 脈沖波形 如圖 3所示，在 742）的 2、 3腳 4根引腳相連后接開關(guān)的一端，開關(guān)的另一端連高電平，在電路接上電源之前把開關(guān)連上，接上電源后電路輸出自動顯示 0，接著斷開開關(guān)即可實現(xiàn)從 0到 9的計數(shù)，接著跳到奇數(shù)列，然后偶數(shù)列。 要實現(xiàn)每個數(shù)字顯示時間在 而 555定時器經(jīng)過了十分頻所以設(shè)計時要求輸出頻率在 50 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 12 參數(shù)計算 ： 頻率公式1( 1 2 ) l n 2f R R C .(1) 占空比公式121 2 2 . (2) 代人要求 0得 2=2K，可調(diào)電阻選 20K,C=1 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 13 四、總結(jié)及心得 1通過這 兩 周設(shè)計彩燈控制器電路， 熟悉了 74744 的邏輯關(guān)系 以及 555的功能及應(yīng)用 。提高了自己能力，對數(shù)字電路這門課程產(chǎn)生了更濃厚的興趣 和更深的理解 。 2在此次設(shè)計中遇到了一些問題，比如在設(shè)計 555定時器構(gòu)成多諧振蕩器 時，電容的連接不當(dāng)會造成多諧振蕩器無效， 通過獨立思考，深入鉆研 相 關(guān)問題，學(xué)會自己分析解決問題的方法。 經(jīng)過電路板的設(shè)計， 大大提升了我們設(shè)計能力，拓寬了我們的思維方式真正把學(xué)到的知識應(yīng)用到實際當(dāng)中 3 雖然在上課時，我有學(xué)到這些元件的功能，但課堂上的知識太多而且只是局限于書本的理論知識，這并不能使我完全全部掌握這么多元件的邏輯和功能，通過本次設(shè)計，我完完全全掌握了許多元件的功能和混合應(yīng)用。 4此次課程設(shè)計， 鍛煉了 獨立思考解決問題 的能力 ，出現(xiàn)差錯的隨機應(yīng)變 的能力 ，和與人合作 的精神 ， 相信我在以后的設(shè)計中會表現(xiàn)的更加出色，會在以后設(shè)計出更多的邏輯電路 。 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 14 五、 附錄 電路 仿真 設(shè)計完成后的總電路圖如下所示（即圖 9）： 圖 9 電路仿真圖 在 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 15 圖 10 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 16 元件序號 型號 主要參數(shù) 數(shù)量 備注 20k 1 滑動變阻器 2K 2 電阻 100 電容 1 電容 41 計數(shù)器 55 1 定時器 41 數(shù)據(jù)選擇器 42 計數(shù)器 關(guān) 1 2 12 二極管 7A 7400 2 與非門 7448 1 譯碼器 1 數(shù)碼管 表 2 元件清單 六 、參考文獻 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京 :高等教育出版社 , 徐州 :中國礦業(yè)大學(xué)出版社 ,3康華光數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社， 1998 華北科技學(xué)院課程設(shè)計 17 4羅杰電子技術(shù)基礎(chǔ)試驗北京：高等教育出版社， 2008 5