循環(huán)彩燈控制器

1、課 程 設 計課程名稱EDA技術(shù)題目名稱循環(huán)彩燈控制器專業(yè)班級2014級電子信息工程1班學生姓名俞媛媛學 號51401021025指導教師羅少軒二零一六年六月二十號目 錄引 言11 設計要求21.1 基本要求21.2 主要參考元器21.3 元器件要求22 系統(tǒng)組成及工作原理32.1 系統(tǒng)組成框圖32.2工作原理分析33 單元電路模塊與計算53.1 時鐘脈沖產(chǎn)生電路模塊53.2 四種碼產(chǎn)生電路模塊63.3 彩燈開關電路模塊73.4 花樣輸出電路模塊84 實驗調(diào)試及測試結(jié)果分析9心 得10參 考 文 獻11附錄1 循環(huán)彩燈控制器電路原理總圖12附錄2 循環(huán)彩燈控制器PCB原理總圖13附錄3 元器件

2、清單14引 言隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài) 參數(shù)。優(yōu)易LED全彩燈光控制系統(tǒng)由Color Edit編輯軟件、主控器、分控器和LED光源組成，廣泛應用于城市景觀、風景名勝、道路橋梁、建筑輪廓、娛樂場所、戶外廣告、室內(nèi)裝飾等美化、亮化工程。二維彩燈

3、控制器可控制五路彩燈逐行遞增點亮，再逐行遞減熄滅。若將一定數(shù)量的彩色燈組合聯(lián)接，就能營造出平面上色彩變化的場景，這比通?？刂埔粭l線上的色彩流動更加豐富絢麗?？刂破鞑捎脭?shù)字集成塊，外圍元器件少、電路結(jié)構(gòu)簡單，只要元器件完好、裝接無誤，裝后無須調(diào)試即可一舉成功。音樂彩燈控制器是專用于卡拉OK廳 KTV包房的彩燈控制設備，其最大優(yōu)點是不與電視音響等設備有任何連接，本設備通過檢測包房里的環(huán)境音頻信號強弱來控制通過彩燈的電流大小（即亮暗程度）來烘托娛樂的興趣的目的，也就是隨著聲音的大小而使彩燈閃爍，歌聲和彩燈一起跳動，從而讓唱歌人激情高漲，留連忘返。本設計通過對彩燈的設計，訓練對電子技術(shù)等內(nèi)容的應用能力

4、，掌握對電子產(chǎn)品設計的流程以及各種要求。彩燈技術(shù)已廣泛得在霓虹燈、廣告彩燈、汽車車燈等領域中應用。畢業(yè)設計主要培養(yǎng)學生綜合運用所學的知識與技能分析與解決問題的能力，并鞏固和擴大學生的課堂知識。通過畢業(yè)設計學會查閱、使用各種專業(yè)資料和網(wǎng)上資源，并以嚴肅認真、深入研究的工作作風完成設計任務，逐步向工程技術(shù)員轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)畢業(yè)生獨立完成任務的能力，體現(xiàn)和檢驗綜合設計能力，大力提高畢業(yè)生的技術(shù)水平，培養(yǎng)新一代既有理論、又有動手能力的實用性人才，以適應國際建設和發(fā)展的需要。了解彩燈線路的基本理論，掌握單片機編程的基本設計方法和分析方法，對能夠熟練地進行彩燈應用電路的設計與制作是十分必要和重要的。1 設計要求

5、1.1 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。1.2 主要參考元器 555定時器，模十六計數(shù)器74LS161，雙D觸發(fā)器74LS74，與門74LS08，非門74LS04，四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153，八位移位寄存器74LS164。 1.3 元器件要求（1） 電路圖要具有顯示和清零功能（2） 數(shù)碼管要實現(xiàn)對LED燈的連續(xù)調(diào)節(jié)2 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

6、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(gòu)成一個系統(tǒng)完成彩燈控制器的設計。系統(tǒng)可由四個模塊組成，它們分別是：四種碼產(chǎn)生電路、開關電路、數(shù)據(jù)輸出、時鐘電路。設計框圖如下圖所示：由兩個555構(gòu)成兩個時鐘電路，由模十六計數(shù)器和組合邏輯門構(gòu)成四種碼產(chǎn)生電路，由雙D觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成開關電路，由移位寄存器和八個彩燈構(gòu)成輸出電路，一個時鐘控制模十六計數(shù)器和移位寄存器，另一個時鐘控制雙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(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動的速度，得到不同的動

7、態(tài)效果。多諧振蕩器、雙D觸發(fā)器、數(shù)據(jù)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(jīng)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(jù)選擇器的四個數(shù)據(jù)通道選擇信號，對應從模十六計數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換開關。當雙D觸發(fā)器輸出為“00”時，數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)選擇器輸出11110000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣三；為

8、“11” 時數(shù)據(jù)選擇器輸出1111111100000000序列脈沖，為十六分頻信號，實現(xiàn)花樣四。調(diào)節(jié)開關電路的CP脈沖產(chǎn)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(jù)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(jù)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，就出現(xiàn)了八路四花樣自動循環(huán)切換的流水彩燈。輸出電路由八位移位寄存器74LS164、八個彩燈和八個驅(qū)動電阻構(gòu)成。寄存器的數(shù)據(jù)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。系統(tǒng)由脈沖信號發(fā)生器，雙上升

9、沿觸發(fā)器，數(shù)據(jù)選擇器，同步加法計數(shù)器，移位寄存器幾大部分組成。脈沖信號發(fā)生器提供脈沖信號源，雙上升沿觸發(fā)器進行分頻，同步加法計數(shù)器實現(xiàn)不同的花型，輸出選擇器進行花型改變，寄存器進行花型演示。3 單元電路模塊與計算3.1 時鐘脈沖產(chǎn)生電路模塊用555定時器構(gòu)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(chǎn)生兩個時鐘脈沖,一個控制74LS161模十六計數(shù)器和八位移位寄存器,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=1K ， R2=51K ， C=0.01F由公式（4-1）計算得：T=0.721S另一個55

10、5產(chǎn)生的矩形脈沖控制彩燈的自動轉(zhuǎn)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=1K ， R2=1M ，C=0.01F由公式（4-1）計算得：T=14.42S電路圖如下圖所示:3.2 四種碼產(chǎn)生電路模塊根據(jù)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(chǎn)生電路要產(chǎn)生的碼，如下表所示：花樣1234狀態(tài)要求一亮一滅，從左向右移動兩亮兩滅，從左向右移動四亮四滅，從左向右移動從18從00左到右逐次點亮，然后逐次熄滅周期（位）88816 要產(chǎn)生這四種碼，可由十六進制計數(shù)器接組合邏輯門產(chǎn)生。四種碼產(chǎn)生電路圖如下圖所示：3.3 彩燈開關電路模塊 要實現(xiàn)彩燈四花樣的

11、自動轉(zhuǎn)換，就要使四選一數(shù)據(jù)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(jù)選擇器的兩個地址輸入端，雙D觸發(fā)器能產(chǎn)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)彩燈的四花樣循環(huán)。數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端A、B循環(huán)轉(zhuǎn)變，輸出端1Y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。數(shù)據(jù)選擇器功能表如下表所示：B（Q2）A（Q1）1Y00Z110Z311Z401Z200Z1 開關電路圖如下圖所示：3.4 花樣輸出電路模塊輸出電路由八位移位寄存器74LS164、八個彩燈和八個驅(qū)動電阻構(gòu)成。寄存器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關電路輸

12、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(jù)輸入端的碼為10000000時，清零后在移位脈沖CP的作用下，輸入碼中的那位高電平“1” 從寄存器的輸出端QA經(jīng)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)碼移動原理相似，所以就不累贅了。 彩燈顯示電路圖如下圖所示：4 實驗調(diào)試及測試結(jié)果分析 1.調(diào)試使用的主要儀器: 數(shù)字萬用表 直流穩(wěn)壓電源 示波器 函數(shù)信號發(fā)生器 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，

13、再根據(jù)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，34用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯誤，直到符合要求為止。 3.調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：（1）彩燈只有一種花樣變化，沒有其它的花樣：原因可能是雙D觸發(fā)器74LS74不能產(chǎn)生周期性的兩位二進制碼或是555不能產(chǎn)生觸發(fā)雙D觸發(fā)器的CP脈沖，使雙D觸發(fā)器維持在一種狀態(tài)?？蓳Q一片好的74LS74芯片或檢查555CP脈沖產(chǎn)生電路，看是否產(chǎn)生周期性的CP脈沖，使雙D觸發(fā)器產(chǎn)生四種循環(huán)的狀態(tài)，彩燈就能四花樣變化。 （2）彩燈無規(guī)律變化：原因可能是四種碼的產(chǎn)生電路不能產(chǎn)生符合要求的四種碼，檢查模十六計數(shù)器的CP脈沖是否穩(wěn)定，

14、看74LS161是否能計數(shù)，即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低電平變化，前面沒問題，再檢查與門74LS08和非門74LS04是否能實現(xiàn)它們邏輯功能。 （3）彩燈的四種花樣都有，但中間有一些混亂的狀態(tài)：原因可能是數(shù)據(jù)選擇器輸出的兩種碼之間的間隔大于彩燈每一種狀態(tài)持續(xù)的時間，使彩燈的一種花樣完成后并沒有進入另一種狀態(tài)，當進入另一種狀態(tài)時上一種狀態(tài)的多余碼進入下一個狀態(tài)，故出現(xiàn)了混亂的狀態(tài)。可改變雙D觸發(fā)器的CP脈沖，即改變多諧振蕩器的電阻，使得一種花樣完成后，數(shù)據(jù)選擇器地址輸入端狀態(tài)改變，正好選擇另一組碼輸出，彩燈花樣改變。在整個調(diào)試完成后，卻遇到了新問題：彩燈在演示時有時正常有時混亂。在排

15、除其他情況的條件下，我仔細檢查各端子的連接情況，發(fā)現(xiàn)清“0”端在清零后懸空了。將其插到電源正極后，發(fā)現(xiàn)問題解決了。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。心 得 通過這次對循環(huán)彩燈控制器的設計作，讓我了解了電路設計的基本步驟，也讓我了解了關于循環(huán)彩燈控制器的原理與設計理念，要設計一個電路先進行軟件模擬仿真再進行實際的電路制作。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大

16、概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。在設計過程中，既有用過的芯片，又有沒用過的，只能自己查表，分析功能。即學即用。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。只好一條線一條線地查，一個孔一個孔地測。結(jié)果終于出來了，又發(fā)現(xiàn)有的地方還應改進。如快慢節(jié)拍不是很明顯，花型比較簡單，且555產(chǎn)生的時鐘信號頻率太小等等。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。從電路圖的設計、實現(xiàn)、仿真、實驗報告，都是白己思

17、考和動手。掌握了pretuse軟件的操作，用所學習過的芯片設計電路，并用PCB板來實現(xiàn)，實現(xiàn)的過程中排錯、檢查的能力也得到鍛煉。 總而言之，好好利用了學校給我們提供的此次實習的機會，努力按要求完 成了任務，提高了自己的綜合思考能力和動手實踐能力。參 考 文 獻1何小艇.電子系統(tǒng)設計.杭州：浙江大學出版社，20012雷勇.電工電子技術(shù)實驗.成都：四川大學出版社，20023王毓銀.數(shù)字電路邏輯設.北京:高等教育出版社,20064陳先龍.電子技術(shù)基礎實驗.北京:國防工業(yè)出版社,20065宋萬年.模擬數(shù)字電路實驗.上海:復旦大學出版社,20046溫飛兵.電子技術(shù)實踐教程.湖南:長沙國防科技大學,2003 7石建平.數(shù)字電子技術(shù).國防工業(yè)出版