移動方向可逆的彩燈控制器

1、課題名稱：移動方向可逆的彩燈控制器班級：09級測控（2）班 姓名：蔡學(xué)超 學(xué)號：20090077 組員：蔡學(xué)超、蔣俠有、楊楨 指導(dǎo)老師：潘平*內(nèi)容提要該報(bào)告分別對設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)電路圖，元器件的附錄以及其他一些較為細(xì)節(jié)部分做了詳略得當(dāng)?shù)慕榻B。解決了由數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個彩燈控制器的過程。該控制器控制紅綠黃三個燈，按全滅 紅 紅綠 綠 黃綠 黃 全亮 全滅。 緊接著按逆向循環(huán)閃亮 全亮 黃 黃綠 綠 紅綠 紅全滅的順序依次點(diǎn)亮。即由電子電路實(shí)現(xiàn)一個可正向循環(huán)、逆向循環(huán)效果的彩燈控制器。在分析完要求后，分析了各個子?？斓莫?dú)立功能，記述了我們在整個設(shè)計(jì)過程中對各個部分的設(shè)計(jì)思路，以及各種電路設(shè)計(jì)方案的選擇

2、、元器件的選擇、以及對它們的仿真調(diào)試，最后得到比較滿意的完整電路圖。當(dāng)然我們也在實(shí)際連線中遇到了不少問題，在這一并講解。A:設(shè)計(jì)的的2點(diǎn)要求：1 控制紅、綠、黃一組彩燈循環(huán)閃亮，變化的規(guī)律是：先按正向循環(huán)閃亮， 全滅 紅 紅綠 綠 黃綠 黃 全亮 全滅。 緊接著按逆向循環(huán)閃亮 全亮 黃 黃綠 綠 紅綠 紅全滅，如此往復(fù)循環(huán),產(chǎn)生移動方向變化的流水效果，且正向循環(huán)閃亮速度慢， 逆向循環(huán)閃亮速度快。2 彩燈白天不亮，夜晚自動亮。B:設(shè)計(jì)的整體思路：a：彩燈控制器可由六部分組成：脈沖發(fā)生裝置，光敏檢測裝置，計(jì)數(shù)端控制電路，可逆計(jì)數(shù)器，循環(huán)結(jié)束判別電路，以及由譯碼器構(gòu)成的邏輯電路。b：首先光敏電阻檢測

3、周圍環(huán)境的光強(qiáng)，以區(qū)分白天夜晚，控制彩燈的亮滅。由555定時器組成的多謝振蕩器產(chǎn)生脈沖信號控制彩燈的逆向循環(huán)，同時經(jīng)由D觸發(fā)器二分頻產(chǎn)生低頻脈沖控制彩燈的正向循環(huán)。c：上述兩脈沖分別送入74192可逆計(jì)數(shù)器的Down端和Up端用來控制計(jì)數(shù)器的加法計(jì)數(shù)和減法計(jì)數(shù)。每完成一次計(jì)數(shù)循環(huán)通過循環(huán)結(jié)束判別電路的判斷由加法計(jì)數(shù)改為減法計(jì)數(shù)，或由減法計(jì)數(shù)改為加法計(jì)數(shù)，如此往復(fù)。 d：再由可逆計(jì)數(shù)器的輸出端通過譯碼電路控制彩燈的亮滅。e：并且由光明電路產(chǎn)生清零新號送給74192的CLR端，用來自動控制彩燈由黑夜變?yōu)榘滋鞎r自動熄滅的信號。（附）C:彩燈控制原理框圖：光敏檢測電路555脈沖發(fā)生器可逆計(jì)數(shù)器邏輯電路

4、紅黃綠Q2Q1Q0DCP加減控制正向循環(huán)、逆向循判別電路時鐘快慢控制 D:子模塊電路圖及其原理分析：a. 光控電路利用光敏電阻控制彩燈白天不亮，夜晚亮 光控方案圖1：設(shè)定光敏參數(shù)：光照下電阻大約為2千歐，無光照下電阻大約為100千歐。經(jīng)查證是MG41-2型的。通過計(jì)算，選擇4千歐的電阻與光敏電阻連接，光敏電阻另一端接VCC，電阻另一端接地，光敏電阻與電阻的共同端接555的THR端，其余連接見上圖，OUT為輸出端。白天光敏電阻的電阻小，OUT端輸出低電平，夜晚則相反。將OUT端與產(chǎn)生脈沖的多諧振蕩器的RES端相連及可起到控制彩燈白天不亮夜晚亮的作用。附錄（一些光敏電阻的技術(shù)參數(shù)）：光控方案2：電

5、路說明：此電路由電路電平直接控制多諧震蕩的RES端，在仿真中是可以的（我試過），但是考慮到實(shí)際電路中光敏參數(shù)可能要比這大得多，不好再用這種方案，故在實(shí)際連線過程中還是要用方案一。b. 多諧振蕩器輸出脈沖信號源 脈沖發(fā)生電路圖：（1秒） 由定時器555內(nèi)部結(jié)構(gòu)得知，2個比較器出發(fā)輸入端6和2是接在一個端點(diǎn)上并跟電容連接，這個端點(diǎn)上的電容電壓變動，會同時導(dǎo)致兩個比較器的輸出電平改變，使RS觸發(fā)器的輸出邏輯改變。電源經(jīng)和給電容充電。當(dāng)上升到時，=,輸出電壓為低電平，放電管T導(dǎo)通，電容經(jīng)放電端放電，開始下降，當(dāng)下降到時，=，輸出電壓為高電平。同時放電管T截止，放電端斷開，電源又經(jīng)和給電容C充電，使上升

6、。這樣周而復(fù)始，電容電壓形成了一個周期性充電放電的指數(shù)波形，輸出電壓就形成周期性的矩形脈沖。=1Hz，T1S而經(jīng)D觸發(fā)器分頻之后的頻率為原頻率的一半，分頻電路如下圖所示：分頻電路D觸發(fā)器 將D觸發(fā)器的D端與相連，則從Q輸出的波形頻率為輸入的CP脈沖的一半。c. 計(jì)數(shù)器以及加減控制電路電路圖如下圖所示：脈沖發(fā)生器邏輯譯碼電路詳細(xì)介紹：a）當(dāng)開始計(jì)數(shù)時，計(jì)數(shù)器首先進(jìn)行正向加法計(jì)數(shù)，此時圖示下方的D觸發(fā)器輸出端為1，端為0，控制Down端的與非門輸出始終為1，同時控制Up端的與非門輸出完全由由低頻率脈沖決定，進(jìn)而控制計(jì)數(shù)器的加法計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到111時，由循環(huán)結(jié)束判別電路產(chǎn)生一個1信號輸入該D觸發(fā)器

7、的脈沖端，從而使該D觸發(fā)器進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。在進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時，控制Up端的與非門輸出始終為1，同時控制Down端的與非門輸出由高頻率脈沖決定，進(jìn)而控制計(jì)數(shù)器的減法計(jì)數(shù)。當(dāng)數(shù)值減到000時，由循環(huán)結(jié)束判別電路產(chǎn)生一個1信號控制D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。在加減的過程中該D觸發(fā)器的CP脈沖始終為0，只有當(dāng)減到000或者加到111時，才會產(chǎn)生1信號使得該D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。從而控制正向循環(huán)和逆向循環(huán)。b）清零端CLR端由光控電路輸給，白天輸給1自動清零，不計(jì)數(shù)；晚上輸給0，開始工作。c）附觸發(fā)器的觸發(fā)特性表如下： 000010101111控制D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的CP脈沖波形如下圖：d）：74LS192的管腳及功能用法;

8、74LS192是雙時鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。(bcd,二進(jìn)制)1： CPU為加計(jì)數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時鐘輸入端。2： LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。低電平有效。:3： CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。:4： CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。d. 邏輯電路輸出控制小燈亮滅的邏輯關(guān)系其真值表如下所示：CBA紅綠黃000000001100010110 011010100011101 001110111111000根據(jù)真值表，寫出目標(biāo)函數(shù)的邏輯最小項(xiàng)的表達(dá)式，如下所示：紅=m(1 , 2 , 6)綠=m(2 , 3 , 4 , 6)黃=m(4 , 5 , 6)以上過程由7

9、4LS138與74LS20實(shí)現(xiàn)，電路圖如下圖所示：E:完整電路說明:a：由光敏電路控制脈沖的有無，進(jìn)而控制計(jì)數(shù)的有無。 b：白天時光控電路輸出低電平，多諧振蕩器不工作，則整個電路不工作，彩燈不亮。夜晚時，光控電路輸出高電平，多諧振蕩器工作，整個電路工作，彩燈按照已經(jīng)設(shè)定的順序亮滅。c：由555組成的多諧振蕩器輸出1S的脈沖信號，同經(jīng)過D觸發(fā)器分頻的脈沖信號分別送入74192計(jì)數(shù)器的Down端和Up端，用來控制計(jì)數(shù)器的加減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的三個輸出端輸入到譯碼器74138，由74138及與非門芯片7420組成的邏輯電路將計(jì)數(shù)信號轉(zhuǎn)換成控制彩燈亮滅的電平信號，完成整個電路功能。F:完整電路圖如下所示：

10、G:元器件清單:元件名稱規(guī)格作用 數(shù)量555定時器組成多諧振蕩器和光敏電阻2電容10 uF1電阻 20K,100K,4K各1個光敏電阻 MG42-2174HC74集成D觸發(fā)器174LS002輸入與非門174LS204輸入與非門274LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器174LS138譯碼器1H:附錄：本次設(shè)計(jì)中要用到的芯片引腳: I:仿真過程和連線過程遇到的問題:仿真過程比較順利，通過各個模塊的設(shè)計(jì)與仿真，將各模塊組裝到一起，最終完成整個電路功能。連線過程和原理圖一樣，但是在過程中也出現(xiàn)了一些問題，比如：1. 布線不太合理，有跨線的部分2. 芯片有問題，沒能及時查出，花費(fèi)了不少時間。問題1主要是線路過多

11、過密導(dǎo)致接線混亂和接線過程中粗心大意產(chǎn)生的，最后，我們采取先主后次，先內(nèi)后外的方法重新布局，效果不錯，對于問題2，我們最后一個片子一個片子的檢查，最后終于發(fā)現(xiàn)是7474和74192都壞了，換過片子后得到了期望的結(jié)果J:設(shè)計(jì)感想：a:收獲：電子課程設(shè)計(jì)，一方面讓我們動了腦，也復(fù)習(xí)了數(shù)字電路的部分知識，對數(shù)電有了更深層次的理解。畢竟是第一次動手做電子產(chǎn)品，所以很興奮，更讓我們體會到了理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性。理論是前提，所以我們必須打好電子方面的基礎(chǔ)。與此同時，我們也了解到了理論與實(shí)踐的差異性。不去時間的理論，是得不到大家的認(rèn)可的。在連線過程中，鍛煉了我們的動手能力。這次實(shí)習(xí)給我們提供了一個應(yīng)用自

12、己所學(xué)知識的機(jī)會，從到圖書館和上網(wǎng)查找資料到對電路的設(shè)計(jì)很有幫助，在電路的仿真調(diào)試再到最后電路的成型的過程中，我們的思維能力和時間能力都得到了大幅度的提升。結(jié)束仿真進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室具體連線是一個實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的飛躍過程，連接電路要有耐心，不能絲毫大意。需要對每塊芯片的實(shí)用性進(jìn)行檢驗(yàn)，盡量避免因?yàn)樾酒脑驅(qū)е聦?shí)驗(yàn)結(jié)果出不來。（我們組就是因?yàn)闆]有檢驗(yàn)芯片才浪費(fèi)了大量的時間）由于整個電路過于復(fù)雜繁瑣，我們需要一個模塊一個模塊的進(jìn)行連接、調(diào)試，用示波器和萬用表檢驗(yàn)是否正確。在每個模塊都檢驗(yàn)到正確后再組合到一起，完成整個電路。這次的電子課程設(shè)計(jì)不僅對我們所學(xué)知識進(jìn)行了一次復(fù)習(xí)和檢驗(yàn)，更重要的是培養(yǎng)了我們的思維能力、耐心、毅力、和實(shí)事求是的品質(zhì)，對我的教育意義重大。b:建議：以后給我們的學(xué)弟學(xué)妹們更多的時間去做相關(guān)方面的課程討論、設(shè)計(jì)，多出一些新鮮的課題，多用一些新鮮的方案。K:在設(shè)計(jì)過程中要查閱的相關(guān)資料如下數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì) 林紅 主編 清華大學(xué)出版社電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù) 袁宏、李忠波 編著 機(jī)械工業(yè)出版社電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn) 徐曉冰、江萍 編著 機(jī)械工業(yè)出版社以及互聯(lián)