四花樣彩燈控制器

1、 課程設計說明書課程設計名稱： 電子課程設計 課程設計題目： 四花樣彩燈控制器 學 院 名 稱： 信息工程學院 專業(yè)： 通信工程 班級： xxxx 學號： xxxxxxxx 姓名： xxxxxx 評分： 教師： xxxx 20 10 年 9 月 12 日摘要： 彩燈控制器在我門日常生活中有重要的運用，如廣告牌的設計和節(jié)日彩燈的設計都能運用到它的原理。本次設計的四花樣彩燈控制器電路簡單、取材容易。即使不懂電子技術，只要按圖連接，亦能制作成功。本次課程設計了一種以555、74ls74等為主要元器件的四花樣彩燈控制器。通過八位右移寄存器74ls164實現(xiàn)八個彩燈的向右移動，時鐘信號由兩個555產生，

2、當彩燈完成一種花樣時，雙d觸發(fā)器74ls74輸出狀態(tài)改變，數(shù)據選擇器選擇另一種碼輸出，彩燈變?yōu)橄乱环N花樣，直到完成四種花樣再循環(huán)變化。經實驗驗證，所設計的四花樣彩器能完成四花樣變換，四種花樣不斷循環(huán)。關鍵詞：四花樣控制器、555雙諧振蕩器、數(shù)據選擇器、自動循環(huán)目 錄前言-01 第一章 設計要求-02第二章 系統(tǒng)組成及工作原理-032.1 系統(tǒng)組成框圖-032.2工作原理分析-03第三章 電路圖設計-053.1電路方案設計-053.2方案比較-05第四章 單元電路設計與計算-074.1時鐘脈沖產生電路-074.2 四種碼產生電路-084.3彩燈開關電路-094.4花樣輸出電路-104.5各芯片管

3、腳圖-11第五章 實驗、調試及測試結果分析 -135.1調試及分析-13第六章結論- -14心得與體會-15參考文獻-16附錄 -171 pcb版圖-17 2 實物圖-18前 言數(shù)字電子技術主要研究各種邏輯門電路、集成器件的功能及其應用，邏輯門電路組合和時序電路的分析和設計、集成芯片各腳功能、555定時器等。隨著計算機科學與技術的飛速發(fā)展用數(shù)字電路進行信號的處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮和利用數(shù)字電路在信號處理上的強大功能，通常先將模擬信號按比例轉換成數(shù)字信號，然后送到數(shù)字電路進行處理，最后再將處理結果根據需要轉換未響應的模擬信號輸出。自20世紀70年代開始，這種數(shù)字電路處理模擬信號的所謂

4、數(shù)字化浪潮已經席卷了電子技術幾乎所有的應用領域。本次設計正是利用數(shù)字電子技術,實現(xiàn)對彩燈的遙控，彩燈控制器在我門日常生活中有重要的運用，價格便宜，生產簡單，故本次設計具有很好的使用價值整個電路的設計借助于multisim 仿真軟件，在multisim 下設計和進行仿真，得到了預期的結果。 第一章 設計要求1.1 設計課題及要求（一）課題：四花樣彩燈控制器（二） 基本要求：設計一四花樣自動切換的彩燈控制器，要求實現(xiàn)(1) 彩燈一亮一滅,從左向右移動；(2) 彩燈兩亮兩滅，從左向右移動；(3) 四亮四滅，從左向右移動(4) 從18從左到右逐次點亮，然后逐次熄滅；(5) 四種花樣自動變換。（三） 主

5、要參考元器：555定時器、雙d觸發(fā)器74ls74、雙4選l數(shù)據選擇器74lsl53、單向移位寄存器74lsl64、4位2進制計數(shù)器74ls93第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成框圖把四花樣彩燈設計分為幾個獨立的功能模塊進行設計,每一個模塊完成特定的功能,再把它們有機的組織起來構成一個系統(tǒng)完成彩燈控制器的設計。系統(tǒng)可由六個模塊組成。設計框圖如圖2.1所示：由兩個555構成兩個振蕩器，其產生的時鐘分別控制模十六計數(shù)器、移位寄存器和雙d觸發(fā)器。2.2工作原理分析從多諧振蕩器出來的脈沖信號分為兩路：一路作為計數(shù)脈沖送到模十六計數(shù)器；另一路做為移位時鐘脈沖加到移位寄存器。調節(jié)多諧振蕩器的電阻可以

6、改變振蕩頻率，即改變彩燈移動的速度，得到不同的動態(tài)效果。多諧振蕩器、雙d觸發(fā)器、數(shù)據選擇器共同組成一個電子開關。多諧振蕩器輸出的計數(shù)脈沖經雙d觸發(fā)器兩位二進制計數(shù)器，在它的兩個輸出端得到00、01、10、11四種邏輯狀態(tài)。這四個狀態(tài)作為數(shù)據選擇器的四個數(shù)據通道選擇信號，對應從模十六計數(shù)器輸送到數(shù)據選擇器的qa，qb，qc，qd四個分頻信號。其作用相當于一個受控的一刀四位的機械轉換開關。當雙d觸發(fā)器輸出為“00”時，數(shù)據選擇器輸出10000000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣一；為“10” 時，數(shù)據選擇器輸出11000000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣二；為“01” 時數(shù)據選擇器輸出111

7、10000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣三；為“11” 時數(shù)據選擇器輸出1111111100000000序列脈沖，為十六分頻信號，實現(xiàn)花樣四。調節(jié)開關電路的cp脈沖產生電路的電阻，可以改變開關的切換時間用以選擇每種花樣出現(xiàn)時間的長短。數(shù)據選擇器的輸出端接移位寄存器的輸入端，在時鐘脈沖的作用下，數(shù)據在移位寄存器的八位并行輸出端從q0到q7順序移動。移動的八位控制信號直接控制發(fā)光二極管的亮滅，于是出現(xiàn)了八路四花樣自動循環(huán)切換的流水彩燈。第三章 電路方案設計3.1 電路圖設計將各單元電路組織起來就得到了系統(tǒng)電路圖，如圖2所示： 如圖2本電路圖設計簡單、結構清晰，可分為四種碼產生電路、開關電路、輸出

8、電路和時鐘電路這四個模塊。四種碼產生電路由模十六計數(shù)器構成，開關電路由雙d觸發(fā)器和數(shù)據選擇器構成，輸出電路由移位寄存器和彩燈構成，時鐘電路由兩個555構成。通過改變多諧振蕩器的電阻可改變彩燈流動的速度和各花樣持續(xù)的時間，實現(xiàn)了彩燈花樣的動態(tài)變化，增強了控制器的靈活性。3.2 方案比較方案1：用模十六計數(shù)器的輸出端的最高位qd作為雙d觸發(fā)器的時鐘，可以少用一個555定時器。計數(shù)器每計八個數(shù)，qd由低電平變?yōu)楦唠娖剑pd觸發(fā)器的狀態(tài)改變，四選一數(shù)據選擇器74ls153選擇下一種碼輸出，彩燈變?yōu)榱硪环N花樣，以后四種花樣循環(huán)改變。如果按此方案連接電路，彩燈無法完成第四種花樣（依次點亮，依次熄滅），只能

9、完成一半，依次點亮或依次熄滅，部分實現(xiàn)了設計要求，所以不采用。方案2：由555接成多諧振蕩器由4位2進制計數(shù)器74ls93接成16進制計數(shù)器，其4個輸出端可分別輸出對計數(shù)脈沖的2、4、8、16分頻信號。雙d觸發(fā)器74ls74接成兩位2進制加法計數(shù)器。雙4選l數(shù)據選擇器74lsl53。單向移位寄存器74lsl64是產生移動燈光信號的核心器件。驅動電路用8只三極管組成8路射隨器作緩沖放大，去觸發(fā)作電流開關的8只雙向可控硅，以控制彩燈發(fā)光。電路的十5v電源由220v9v變壓器降壓，經d1d4橋式整流，7805穩(wěn)壓后給控制電路供電。從第一個555的3腳出來的脈沖信號分為兩路：一路作為計數(shù)脈沖送到74l

10、s93的14腳；另一路作為移位時鐘脈沖加到74ls164的8腳。調節(jié)rwl改變555的振蕩頻率，可以改變燈光的移動速度，以得到不同的動態(tài)效果。第二個555、74ls74、74ls153共同組成了一個電子開關。第二個555輸出的計數(shù)脈沖經74ls74兩位二進制計數(shù)，在74ls74的兩個輸出端共可得到“00”“11”4個邏輯狀態(tài)。這4個狀態(tài)作為74ls153的4個數(shù)據通道選擇信號，對應從74ls93輸送到74ls153的qa、qb、qc、qd4個分頻信號。其作用相當于一個受控的一刀四位的機械轉換開關。當74ls74輸出為“00”時，選通74ls153的6腳；為“01”時，選通74ls153的5腳。

11、調節(jié)rw2改變第二個555的輸出脈沖周期，可以改變開關的切換時間，用以選擇每種花樣出現(xiàn)時間的長短。從74ls153第7腳輸出的數(shù)據信號送到74ls164的輸入端，在時鐘脈沖作用下，數(shù)據在74ls164的8位并行輸出端從q0一q7順序移動。這一移動的8位控制信號經功率驅動電路去推動8路彩燈，就出現(xiàn)了8路4花樣自動循環(huán)切換的流水彩燈。經過比較選用第二種方案。 第四章 單元電路設計與計算4.1 時鐘脈沖產生電路用555定時器構成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,其周期為:t=0.7(r1+2r2)c(4-1)要用兩個555產生兩個時鐘脈沖,一個控制74ls164模十六計數(shù)器和八位移位寄

12、存器,要能看到彩燈的流動,其周期設為1秒左右, 電阻值和電容值可設為： r1=30k , r2=100k , c2=0.1uf,c1=10uf由公式（4-1）計算得 ： t=0.0161s電路圖如圖4.1所示: 圖4.1 時鐘電路另一個555產生的矩形脈沖控制彩燈的自動轉換,其周期設為模十六計數(shù)器的20倍,改變r1、r2的阻值即可，可設為： r1=30k ， r2=2m ，c2=0.1f,c1=47uf由公式（4-1）計算得： t=0.2821s4.2 四種碼產生電路根據彩燈要實現(xiàn)的四花樣,可確定移位寄存器輸出的二進制碼,即四種碼產生電路要產生的碼，如表4-1所示：表4-1 四種碼花樣狀態(tài)要求

13、周期（位）碼1一亮一滅，從左向右移動8100000002兩亮兩滅，從左向右移動8110000003四亮四滅，從左向右移動8111100004從18從00左到右逐次點亮，然后逐次熄滅161111111100000000要產生這四種碼，可由由4位2進制計數(shù)器74ls93接成的16進制計數(shù)器產生，該十六進制計數(shù)器的真值表如表4-2所示表4-2 計數(shù)器真值表序號原狀態(tài)s(t)q4q3q2q1次態(tài)n(t)q4q3q2q1輸出z1z2z3z40123456789101112131415000000010010001101000101011001111000 1001 1010 10111100110111

14、1011110001001000110100010101100111100010011010 1011 110011011110111100000000000100000001100000011000000111100001111000011111111000000001四種碼產生電路如圖4.2所示：圖 4.2 四種碼產生電路4.3彩燈開關電路要實現(xiàn)彩燈四花樣的自動轉換，就要使四選一數(shù)據選擇器74ls153循環(huán)地輸出z1、z2、z3、z4。使雙d觸發(fā)器的輸出端接數(shù)據選擇器的兩個地址輸入端，雙d觸發(fā)器能產生00、01、10、11這四鐘循環(huán)的狀態(tài)，從而使選擇器循環(huán)的選擇一種碼輸出，實現(xiàn)彩燈的四花樣

15、循環(huán)。開關電路圖如圖4.3所示： 圖 4.3 開關電路 令q1q2=ab，74ls153數(shù)據選擇器的功能表如表4-3所示：表4-3 數(shù)據選擇器功能表b（q2）a（q1）y0110000110z1z3z4z2z1 由表4-3可知，數(shù)據選擇器的地址輸入端a、b循環(huán)轉變，輸出端y循環(huán)選擇四種碼z1、z2、z3、z4輸出，使彩燈的四花樣自動循環(huán)改變。4.4 花樣輸出電路輸出電路由八位移位寄存器74ls164、八個彩燈和八個驅動電阻構成。寄存器的數(shù)據輸入端接收開關電路輸出的四種碼，這四種碼在移位寄存器的八位并行輸出端從qa向qh移動，輸出四種彩燈花樣。當輸入移位寄存器數(shù)據輸入端的碼為10000000時，

16、清零后在移位脈沖cp的作用下，寄存器數(shù)碼移動情況如表4-4所示： 表4-4 寄存器數(shù)碼移動情況表cpriqaqbqcqdqeqfqgqh11100000002001000000300010000040000100005000001000600000010070000000108000000001 由表4-4可看出，輸入碼中的那位高電平“1” 從寄存器的輸出端qa經八個移位脈沖cp作用后逐漸到了qh，使輸出端所連接的彩燈依次點亮，實現(xiàn)了彩燈依次點亮的花樣。當輸入另外的三種碼時，寄存器的數(shù)碼同理移動，彩燈依次點亮。4.5 各芯片管腳圖1. 雙四選一數(shù)據選擇器74ls153，芯片管腳圖如圖4.4（a

17、）所示：2. 4位2進制計數(shù)器74ls93，芯片管腳圖如圖4.4（b）所示： (a) (b)圖 4.4 74ls153和74ls93管腳圖3. 8位移位寄存器74ls164，芯片管腳圖如圖4.5所示圖 4.5 74ls164管腳圖4.555芯片管腳圖5.74ls74芯片管腳圖第五章 實驗、調試及測試結果分析5.1調試及分析1.調試使用的主要儀器:數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、示波器2.測試電路的方法和技巧:先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據彩燈的變化情況，確定可能的原因，分析是哪個功能模塊出了問題，用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯誤，直到符合要求

18、為止。3.調試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：（1）彩燈都沒亮：經檢查發(fā)現(xiàn)原因是555不能起振，改變多諧振蕩器的電阻，經計算決定在第一個振蕩器增加1m的電阻，第二個振蕩器增加10m的電阻。（2）調試時須按住74ls164的8管腳，彩燈才亮，放開燈滅。經分析得出結論：芯片74ls164壞了。更換后彩燈正常發(fā)亮。第六章 結論設計電路關鍵在于對設計要求的理解分析以及對基本電路相關知識的熟練掌握。設計電路時，將總體的功能分成若干個部分來實現(xiàn)，是簡化電路設計思路的很好方法；且搞清各個模塊的功能與實現(xiàn)要求操作的具體方法，對電路故障的檢查也是很有幫助。通過這次設計，學到了很多東西，如查找資料，設計比較，從各種圖中提取所需。焊接時學到了好多，如如何在一定大小的板子上正確擺放好芯片，如何布線等等，調試時也是，知道了用工具如萬用表來檢查、修復故障。此外，這次課設還讓我們學到很多，包括焊接技術。也吸取了很多教訓。真正提高了動手能力，