循環(huán)彩燈控制器設(shè)計畢業(yè)論文.doc

課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 循環(huán)彩燈控制器的設(shè)計 課 程 名 稱 電子技術(shù)課程設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 系 、專 業(yè) 電氣工程系、電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 2010年 12 月 16 日年級專業(yè)09級電力學(xué)生姓名 學(xué) 號題目名稱循環(huán)彩燈控制器的設(shè)計設(shè)計時間2011.12.5-2011.12.16課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計課程編號121202306設(shè)計地點電氣樓、電子實驗分室408、409室一、課程設(shè)計（論文）目的通過課程設(shè)計，使學(xué)生加鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，學(xué)會查尋資料、方案設(shè)計、方案比較，以及單元電路設(shè)計計算等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力，提高分析解決實際問題的能力。鍛煉分析、解決電子電路問題的實際本領(lǐng)，通過此綜合訓(xùn)練,為以后畢業(yè)設(shè)計打下一定的基礎(chǔ)。二、已知技術(shù)參數(shù)和條件系統(tǒng)電路的構(gòu)成只能用分立元件、或中規(guī)模集成芯片。用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計一循環(huán)彩燈控制器。要求：(1)共有紅、綠、黃3色彩燈各9個，要求安一定順序和時間關(guān)系運行。(2)動作要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5s的速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5s，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。(3)對各組燈的控制，要求有驅(qū)動電路。(4)對跑動電路，可以每3個一組，交叉安裝，分別點亮每一組，利用視覺暫停，達(dá)到跑動的效果。(5)系統(tǒng)要求仿真實驗三、 任務(wù)和要求1. 按學(xué)校規(guī)定的格式編寫設(shè)計論文。2. 論文主要內(nèi)容有：課題名稱。設(shè)計任務(wù)和要求。方案選擇與論證。方案的原理框圖，總體電路圖、布線圖，以及它們的說明；單元電路設(shè)計與計算說明；元器件選擇和電路參數(shù)計算的說明等。用protuse或其它仿真軟件對設(shè)計電路仿真調(diào)試。對調(diào)試中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并說明解決的措施；測試、記錄、整理與結(jié)果分析。收獲體會、存在問題和進(jìn)一步的改進(jìn)意見等。注：1此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實驗室、主要儀器設(shè)備等）主編張克農(nóng) .數(shù)字電子技術(shù). 高教出版社出版.第一版.2006年彭介華 主編.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo).高教出版社出版.第一版.2002年曾建唐 主編.電工電子基礎(chǔ)實踐教程.機械工業(yè)出版社.2002年康光華 主編.電子技術(shù)基礎(chǔ).高教出版社出版.第四版.1999年電子電工實驗室可以提供的主要儀器設(shè)備：示波器型號規(guī)格vp-5220、電子學(xué)習(xí)機型號規(guī)格wl-v、萬用表mf10；以及分立元件、或中規(guī)模集成芯片。五、進(jìn)度安排2011年11月28日-29日：收集和課程設(shè)計有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)和要求；2011年11月30日-12月1日：總體方案設(shè)計，方案比較，選定方案的論證及整機電路的工作原理；2011年12月2日-8日：單元電路設(shè)計，參數(shù)計算，元器件選擇，電路圖；2011年12月9日-10日；整理書寫設(shè)計說明書2011年12月12日：答辯六、教研室審批意見教研室主任（簽字）： 年 月 日七|、主管教學(xué)主任意見 主管主任（簽字）： 年 月 日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：課程設(shè)計（論文）評閱表學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 電氣工程系 專業(yè)班級 09電2 題目名稱 循環(huán)彩燈控制器的設(shè)計 課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計 一、學(xué)生自我總結(jié) 通過這次課程設(shè)計，使我受益頗多。既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識，又掌握了常用集成電路芯片的使用。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和方法，學(xué)會了科學(xué)地分析實際問題，通過查資料、分析資料及請教老師和同學(xué)等多種途徑，獨立解決問題。同時，也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。 學(xué)生簽名： 2010年 1月 5 日二、指導(dǎo)教師評定評分項目平時成績論文答辯綜合成績權(quán) 重304030單項成績指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。12目 錄摘 要i1.緒論11.1實驗?zāi)康?1.2設(shè)計題目與思路12.總體方案的設(shè)計22.1 時鐘脈沖22.2 定時控制23.系統(tǒng)硬件設(shè)計33.1 硬件的選擇及相關(guān)參數(shù)的確定33.2單元電路模塊設(shè)計53.3 彩燈顯示電路模塊63.4總體電路圖74.故障分析8總 結(jié)9參考文獻(xiàn)10附 錄11致 謝12摘 要當(dāng)今社會，經(jīng)濟發(fā)展迅速，人們對周圍環(huán)境的要求也越來越高。人們渴望在一個多姿的環(huán)境中生活，那樣也不會太單調(diào)寂寞。霓虹燈以它炫彩的英姿征服了人們的眼球，為人們的生活添姿加彩。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色流水燈，以往死寂般的夜空也開始變得鮮活。霓虹燈發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)慢慢的融入到了我們生活的點點滴滴，在我們習(xí)以為常的環(huán)境中，變換著它們的色彩，絢爛著人們的生活。本次實驗設(shè)計中我們在原有的基礎(chǔ)上改進(jìn)，設(shè)計這款彩燈循環(huán)發(fā)光控制器，通過對ne555集成時基電路和計數(shù)器譯碼分配器cd4017等集成塊的合理組建，實現(xiàn)了對彩燈的循環(huán)發(fā)光控制功能。關(guān)鍵詞：計數(shù)器；數(shù)據(jù)選擇器；移位寄存器；彩燈顯示電路1. 緒論1.1實驗?zāi)康耐ㄟ^課程設(shè)計，使學(xué)生加鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，學(xué)會查找資料、方案設(shè)計、方案論證比較，以及單元電路設(shè)計計算等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力，提高分析解決實際問題的能力。鍛煉分析、解決電子電路問題的實際本領(lǐng)，通過此綜合訓(xùn)練,為以后畢業(yè)設(shè)計打下一定的基礎(chǔ)。1.2設(shè)計題目與思路本次數(shù)字電路課程設(shè)計我選擇的題目是“多路彩燈控制器”。這個系統(tǒng)的主要功能是：(1)共有紅、綠、黃3色彩燈各9個，要求安一定順序和時間關(guān)系運行。(2)動作要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5s的速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5s，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。(3)對各組燈的控制，要求有驅(qū)動電路。(4)對跑動電路，可以每3個一組，交叉安裝，分別點亮每一組，利用視覺暫停，達(dá)到跑動的效果。本設(shè)計是設(shè)計一個循環(huán)彩燈控制器，我們可以從當(dāng)今的社會明顯的看出，它具有相當(dāng)大的實用價值，因為現(xiàn)在的很多廣告霓虹燈就是由很多的各式各樣的彩燈組成的，具有很強的視覺效果。如果能掌握彩燈的控制技術(shù)，這將是對我們已后的發(fā)展都有很大的幫助的。 同時，作為設(shè)計的一門課程，電子技術(shù)課程設(shè)計是電氣工程及自動化專業(yè)的一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對已學(xué)模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)知識的綜合性訓(xùn)練，是對所學(xué)知識的一種綜合應(yīng)用。這種訓(xùn)練是通過學(xué)生獨立進(jìn)行某一課題的設(shè)計、安裝和調(diào)試來完成，著重培養(yǎng)學(xué)生工程實踐的動手能力、創(chuàng)新能力和進(jìn)行綜合設(shè)計的能力，并要求能設(shè)計出完整的電路或產(chǎn)品，從而為以后從事電子電路設(shè)計、研制電子產(chǎn)品奠定堅實的基礎(chǔ)。2.總體方案的設(shè)計2.1 時鐘脈沖我們可以直接通過某一在時鐘脈沖下，能夠產(chǎn)生任務(wù)書中設(shè)計要求的脈沖即如下：0000 0000 0000 0001 0000 0010 0000 0011 0000 0100 0000 0101 0000 0110 0000 0111 0000 1000 0000 1001 0000 1010 0000 1011 0000 1100 0000 1101 0000 1110 0000 1111 0001 0000依次控制73138芯片的的輸入，同時每一個狀態(tài)都有一個輸出，其對應(yīng)的有三種狀態(tài)，即：0000 0000 是開始的三個紅燈亮，0000 0001 就是三個綠燈亮，0000 0010是三個黃燈亮，以后的時鐘依次循環(huán)控制這三種顏色的燈。27盞燈第一次亮完之后，就用另外的一個74138控制紅、黃、綠燈全亮的時鐘脈沖,即：0000 0001 0010 0011 -0100，0000控制全是紅燈亮，0001全是綠燈亮，0011全是黃燈亮。2.2 定時控制本設(shè)計用了兩個555定時器，第一個產(chǎn)生一個周期為0.5秒的脈沖，控制在每組彩燈循環(huán)亮的時候的時間間隔，第二個用了一個周期為5秒的脈沖，控制三色彩燈依次循環(huán)亮完之后的全是紅燈亮或綠燈亮或黃燈亮的時間間隔。2.3 設(shè)計框圖如下圖2-1所示：圖2-1 設(shè)計框圖3.系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 硬件的選擇及相關(guān)參數(shù)的確定在這里，我對主要的芯片做一下選擇，對其功能表進(jìn)行簡要的介紹，其它一些元器件的選擇及簡要介紹見附錄a。3.1.1 74138芯片74138是最常用的集成譯碼器之一，它有3個譯碼輸入a2、a1和a0，8個輸出端y0y7，因此又稱為3-8線譯碼器。它有3個控制輸入端stb、stc和sta，當(dāng)stb=stc=0，sta=1時，譯碼器處于工作狀態(tài)，否則譯碼器被禁止（即譯碼器不工作）。其功能表如下表3-1如示。我選它主要是要用它完成花樣一的工作，因為它可以在控制端都使能時根據(jù)a端的輸入來選擇某一個輸出，這樣就可以達(dá)到亮一個燈的目的，當(dāng)我把控制端某一個不使能時，就不能輸出，這樣又可以達(dá)到滅一個燈的目的，所以當(dāng)控制端使能與不使能交替變化時就可以達(dá)到一亮一滅的花樣，再加上a端的變化，則可以實現(xiàn)依次亮滅的要求。表3-1 74138功能表輸 入輸 出s1 s2 s3a2 a1 a0y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y70 1 11 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 1 1 03.1.2 74161芯片74161是同步二進(jìn)制可預(yù)置數(shù)集成計數(shù)器，功能表如下表3-2所示。74161計數(shù)翻轉(zhuǎn)是在時鐘信號上的升沿完成的，是異步清0信號，ctp、ctt是使能控制信號，是置數(shù)信號，d0、d1、d2、d3是4個數(shù)據(jù)輸入信號，c0是進(jìn)位輸信號c0=q3q2q1q0ctt，當(dāng)q3q0及ctt均為1時，c0=1，產(chǎn)生正進(jìn)位脈沖。74161有清除、送數(shù)、保持及計數(shù)功能。我選它主要是用來產(chǎn)生供74183譯碼器的輸入端的a信號。表3-2 74161功能表pcctpctt工作狀態(tài)0清010預(yù)置數(shù)110保持110保持1111計數(shù)3.1.3 555芯片555定時呂是一種中規(guī)模集成電路，目前在儀器、儀表和自動化控制裝置中應(yīng)用很廣。它可以組成定時、延時和脈沖調(diào)制等各種電路。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。其功能表如表3-3所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，外引腳排列如圖3-5所示。在本設(shè)計中，我用到的是由555構(gòu)成的多諧振蕩器，用以發(fā)生一個2hz和0.2hz的脈沖。表3-3 555定時器功能表輸入輸出閥值輸入（thr）觸發(fā)輸入（tri）復(fù)位（res）輸出（out）放電端（dis）xx00導(dǎo)通vccvcc10導(dǎo)通vccvcc1不變保持原狀態(tài) vccvcc11截止555定時器它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 rs 觸發(fā)器，一個管 t 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓vcc /3 和 2vcc /3。圖3-1 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-2 555定時器引腳圖3.2單元電路模塊設(shè)計1. 脈沖發(fā)生電路模塊1如圖3-6所示。圖3-3 脈沖發(fā)生電路1上圖中的核心芯片就是中間的555芯片，它上方的一個5v直流電源來供電，兩個定值電阻的阻值分別為r1 20k和r230k，和電阻。圖中的電容為一個10u的電容，是一個一個隔離電容，把cv端與外界隔開。高低脈沖時間的計算公式為t2=0.693r2c和t1=0.693（r1+r2）c，占空比是大于50%。最終，由q點來輸出頻率為2hz的脈沖。2. 脈沖發(fā)生電路模塊2如圖3-7所示。它上方的一個5v直流電源來供電，兩個定值電阻的阻值分別為r1 20k和r230k，和電阻。圖中的電容為一個100u的電容，也是一個一個隔離電容，把cv端與外界隔開。由q點來輸出頻率為0.2hz的脈沖。圖3-4 脈沖發(fā)生電路23.3 彩燈顯示電路模塊彩燈顯示電路模塊如圖3-8所示：圖3-5 彩燈顯示電路此顯示電路比較簡單。從圖中可以看出，此彩燈的接法為共陽極接法，當(dāng)彩燈另一端為一個低電平時，彩燈被點亮；當(dāng)彩燈另一端為一個高電平時，彩燈被熄滅。所以只要給彩燈的另一端接相應(yīng)的電平時，就可以實現(xiàn)彩燈的點亮和熄滅控制，進(jìn)一步就可實現(xiàn)花樣的實現(xiàn)。每三個一組，第一組是三個紅燈，第二組是三個綠燈，第三組是三個黃燈，以后的燈依次循環(huán)。3.4總體電路圖總電路設(shè)計圖如下圖3-9所示：圖3-6 總電路設(shè)計圖4. 故障分析在電路組裝過程中，遇到的最大問題是，當(dāng)時設(shè)計時考慮不周全，芯片分布不夠合理，出現(xiàn)了許多“特長線”。不但影響布線速度，而且也會給后來的調(diào)試帶來不必要的麻煩。當(dāng)時已經(jīng)布線不少，不可能重新開始，再三權(quán)衡，最后只移動了一個芯片，問題就得到了很大改善。其次就是布線，因為要求不準(zhǔn)交叉，且橫平豎直，所以在保證連通的情況下，在布線上也下了不少工夫。調(diào)試過程中，第一輪用萬用表歐姆檔測試，就遇了實驗板上有插孔不通的情況，導(dǎo)致芯片不能正常工作。相對于別的辦法，我選擇了導(dǎo)線顯式連通，因為其更明晰，更易實現(xiàn)。對于高阻導(dǎo)線則只能換掉。第二輪接電后，用萬用表的電壓檔測試單元電路的狀態(tài)。在整個調(diào)試完成后，卻遇到的新問題：彩燈演示時有時正常有時混亂。在排除其它可能的情況下，我仔細(xì)檢查各端子的連接情況，發(fā)現(xiàn)清“0”端在清“0”后懸空了。將其插到電源正極后，發(fā)現(xiàn)問題解決了?？?結(jié)終于完成了數(shù)電課程設(shè)計，我感到非常開心和滿足，畢竟自己動手，能把書本上的知識學(xué)以致用，感覺很有成就感。課程設(shè)計剛開始，拿著選定的題目不知如何入手。但是課程設(shè)計不同于實驗課，電路圖都要自己設(shè)計。靜心想來，仔細(xì)分析題目，再加上指導(dǎo)老師的說明與提示，心中才有了些許底氣，即可將整個系統(tǒng)根據(jù)不同的功能化分成模塊，再分別對各模塊進(jìn)行設(shè)計，逐個攻破，最后再將其整合即可。在設(shè)計過程中，用過的和沒用過的，需要自己查表，分析其功能，活學(xué)活用。最后調(diào)試階段，哪怕一個小小的錯誤也會使結(jié)果出不來。須