彩燈變換控制器電路設(shè)計(jì)

1、目錄1、課程設(shè)計(jì)目的.22、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求.22.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容.22.2、設(shè)計(jì)要求.23、設(shè)計(jì)方案.23.1、設(shè)計(jì)思路及方案比較23.2、工作原理及硬件軟件介紹.43.3、硬件電路原理圖.93.4、PCB版圖設(shè)計(jì).124、課程設(shè)計(jì)總結(jié).135、參考文獻(xiàn)131、課程設(shè)計(jì)目的（1）掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程；（2）了解彩燈變換控制電路的基本實(shí)現(xiàn)原理；（3）掌握計(jì)數(shù)器、顯示等中規(guī)模數(shù)字集成器件的邏輯功能和使用方法。（4）掌握利用protel繪制電路原理圖與制作PCB圖的方法。（5）學(xué)習(xí)掌握硬件電路設(shè)計(jì)的全過(guò)程。2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求彩燈變換控制器電路具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）查閱所用器件技

2、術(shù)資料，詳細(xì)說(shuō)明設(shè)計(jì)的彩燈變換控制器電路工作流程；（2）彩燈變換控制器采用LED數(shù)碼管的每一段代表一組彩燈，具有顯示、清零功能，數(shù)碼顯示快慢可以調(diào)節(jié)；（3）按順序循環(huán)顯示自然數(shù)列，奇數(shù)列，偶數(shù)列，音樂(lè)符號(hào)數(shù)列。 （4）Protues仿真。3設(shè)計(jì)方案3.1、設(shè)計(jì)思路及方案比較3.1.1方案一 利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)奇偶序列自然序列音樂(lè)數(shù)列數(shù)碼顯示時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器圖1方案一總體設(shè)計(jì)方框圖這個(gè)方案思路很簡(jiǎn)單，易于想到，而且易于實(shí)現(xiàn)。本方案所用的元件為74LS90、555芯片、74LS139、74HC42以及一些門(mén)電路。該方案主要有三部分構(gòu)成，第一部分是信號(hào)發(fā)生器，由555構(gòu)成1Hz脈沖信號(hào)源。555定時(shí)器可以

3、通過(guò)選定一定參數(shù)的電容和電阻來(lái)產(chǎn)生一定頻率的脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所需的一定頻率的信號(hào)。555定時(shí)器具有原理簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)。用來(lái)作為脈沖信號(hào)源，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號(hào)。第二部分是三個(gè)數(shù)列的循環(huán)電路，這一部分主要是由74LS139及由74LS90構(gòu)成的30進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成的選通電路。選通電路的功能是在第一個(gè)10秒將信號(hào)送給自然數(shù)列，在第二個(gè)10秒將信號(hào)送給奇偶數(shù)列，在第三個(gè)10秒將信號(hào)送給音樂(lè)數(shù)列。而這三個(gè)分開(kāi)的部分是分別由十進(jìn)制和譯碼器構(gòu)成的數(shù)列，在選通電路的控制下就可以很輕松地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的電路。三個(gè)獨(dú)立的部分各自在不同的時(shí)間段獨(dú)立地完成相應(yīng)數(shù)列的顯示。第三部分是顯示電路，由七段數(shù)碼管組成

4、。前面一級(jí)的輸出信號(hào)作為顯像管的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的顯示。3.1.2 方案二 利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示主 控 制 器單片機(jī)復(fù)位及清零時(shí)鐘振蕩圖2方案二總體設(shè)計(jì)方框圖這個(gè)方案由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從方案圖可以看出，方案二原理簡(jiǎn)單，電路基本由四部分組成，硬件電路較為簡(jiǎn)單。第一部分是單片機(jī)復(fù)位電路，此部分是滿(mǎn)足數(shù)碼管清零功能要求；第二部分是時(shí)鐘振蕩電路，能使單片機(jī)正常工作；第三部分是主控制器單片機(jī)，完成電路的控制功能；第四部分是LED數(shù)碼管顯示部分，能動(dòng)態(tài)顯示自然數(shù)列，奇數(shù)列，偶數(shù)列，音樂(lè)符號(hào)數(shù)列。再通過(guò)往單片機(jī)中下載相應(yīng)的程序，就可以實(shí)現(xiàn)彩燈控制電路。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單

5、，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。3.2工作原理及硬件軟件介紹 首先介紹總體的工作原理。采用方案二，就必須對(duì)單片機(jī)的基本功能有一定了解，本次選用的是Atmel公司的AT89C52單片機(jī)，共有40個(gè)引腳。利用其RES引腳組成的復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的復(fù)位以及對(duì)顯示數(shù)碼管的清零，通過(guò)時(shí)鐘振蕩電路使單片機(jī)正常工作，在單片機(jī)的端口接上數(shù)碼管以及附加的LED88陣列，硬件電路就搭建完畢，然后通過(guò)Keil C軟件進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，將編譯好的程序下載到單片機(jī)的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器中，即可實(shí)現(xiàn)彩燈變換控制器電路功能。下面分別介紹各個(gè)部分的工作原理：3.2.1單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位完全通過(guò)RST引

6、腳來(lái)完成，其基本原理是在單片機(jī)的時(shí)鐘振蕩電路啟動(dòng)后，如果RST引腳外加兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)了復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)的RST引腳從高電平跳變到低電平后，單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)，程序便從0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。因此設(shè)計(jì)時(shí)就采用手動(dòng)加上電復(fù)位電路，在上電復(fù)位的基礎(chǔ)上增加一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)和電阻用于手動(dòng)復(fù)位。3.2.2時(shí)鐘振蕩電路 當(dāng)單片機(jī)工作于片內(nèi)時(shí)鐘模式時(shí)，在XTAL1引腳和XTAL2引腳外接石英晶體和振蕩電容，單片機(jī)內(nèi)部包含一個(gè)高增益的單級(jí)反相放大器，XTAL1引腳和XTAL2引腳分別為片內(nèi)反相放大器的輸入端和輸出端口，其工作頻率為033MHz，振蕩電容的值一般取1030pf。在實(shí)際的使用時(shí)

7、應(yīng)盡量保證外接的晶體振蕩器和振蕩電容盡可能靠近單片機(jī)的XTAL1引腳和XTAL2引腳，這樣可以減少寄生電容的影響，使振蕩器能夠穩(wěn)定可靠的為單片機(jī)CPU提供時(shí)鐘信號(hào)。3.2.3主控制器單片機(jī)AT89C52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要三個(gè)口就能滿(mǎn)足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，3.2.4顯示電路圖3LED數(shù)碼管圖顯示電路采用一位共陰LED數(shù)碼管，接受從P0端口輸出段碼。下表是具體段碼表17段LED顯示字符及段碼顯示字符7段共陽(yáng)極LED段碼7段共陰極LED段碼0C0H3FH1F9H06H2A4H5BH3B0H4FH499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H6

8、FH3.2.5附加功能電路原理在做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候聽(tīng)取老師和學(xué)長(zhǎng)的意見(jiàn)，使課程設(shè)計(jì)更貼近實(shí)際，特加了一個(gè)附加功能，就是用LED88陣列來(lái)動(dòng)態(tài)顯示行。具體為，當(dāng)LED數(shù)碼管顯示任何一個(gè)數(shù)字時(shí)，LED88陣列就同步顯示該數(shù)字對(duì)應(yīng)的行，例如：當(dāng)LED數(shù)碼管顯示0時(shí)，LED88陣列的第0行就被點(diǎn)亮，其余行是滅的，并且兩者是同步的。原理是，選用共陽(yáng)極LED88陣列，把LED88陣列的控制列的8只引腳一起接到單片機(jī)的P2端口的第一個(gè)引腳上，然后把控制行的8只引腳分別接到P3端口的八只引腳上，從而硬件電路搭建完畢，隨后根據(jù)要求進(jìn)行編寫(xiě)相應(yīng)的程序，即可實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)態(tài)顯示行。圖4LED88陣列圖3.2.6軟件程序設(shè)

9、計(jì)原理對(duì)于采用單片機(jī)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，程序及其重要，只有程序才能使單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制，才能完成相應(yīng)的電路，編程時(shí)一定要結(jié)合硬件電路來(lái)進(jìn)行，下面介紹一下程序的思路1. 定義所需要的單片機(jī)的引腳；2. 定義顯示數(shù)字的數(shù)組；3. 定義延時(shí)函數(shù)；4. 定義顯示函數(shù)，其中包括LED數(shù)碼管的顯示函數(shù)以及LED88陣列顯示函數(shù)；由于選用的是共陰LED數(shù)碼管，共陽(yáng)LED88陣列，因此要使他們保持同步就必須使兩者的共陰與共陽(yáng)同時(shí)變化。5. 最后在主函數(shù)中調(diào)用顯示函數(shù)，即可顯示。其中如果要調(diào)節(jié)顯示快慢則只需要改變延時(shí)函數(shù)即可，而不需要?jiǎng)佑布娐?，十分方便。所編的程序如下所示?include#include#defi

10、ne uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit a=P21;sbit c=P20;sbit b0=P30;sbit b1=P31;sbit b2=P32;sbit b3=P33;sbit b4=P34;sbit b5=P35;sbit b6=P36;sbit b7=P37;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=100;y0;y-);void dislir(uint m)

11、if(m=0) b0=0; b1=1; b2=1; b3=1; b4=1; b5=1; b6=1; b7=1; else if(m=1) b1=0; b0=1; b2=1; b3=1; b4=1; b5=1; b6=1; b7=1; else if(m=2) b2=0; b0=1; b1=1; b3=1; b4=1; b5=1; b6=1; b7=1; else if(m=3) b3=0; b0=1; b1=1; b2=1; b4=1; b5=1; b6=1; b7=1; else if(m=4) b4=0; b0=1; b1=1; b2=1; b3=1; b5=1; b6=1; b7=1;

12、else if(m=5) b5=0; b0=1; b1=1; b2=1; b3=1; b4=1; b6=1; b7=1; else if(m=6) b6=0; b0=1; b1=1; b2=1; b3=1; b4=1; b5=1; b7=1; else if(m=7) b7=0; b0=1; b1=1; b2=1; b3=1; b4=1; b5=1; b6=1; void display(n) void dislir(uint m);a=1;c=0;P0=tablen;dislir(n);delay(500);a=0;c=1;delay(500);main()while(1) display(

13、0); display(1); display(2); display(3); display(4); display(5); display(6); display(7); display(1); display(3); display(5); display(7); display(0); display(2); display(4); display(6); display(0); display(1); display(2); display(3); display(4); display(5); display(6); display(7); 3.3硬件電路原理圖3.3.1單片機(jī)復(fù)位

14、電路利用按鍵開(kāi)關(guān)進(jìn)行手動(dòng)上電復(fù)位，所需原件10K電阻一個(gè)，10uf電容一個(gè)，電源VCC，以及接地GND，當(dāng)需要復(fù)位時(shí)，只需按動(dòng)開(kāi)關(guān)就可以復(fù)位。圖5單片機(jī)復(fù)位電路圖3.3.2時(shí)鐘振蕩電路對(duì)于單片機(jī)，時(shí)鐘非常重要，因此時(shí)鐘振蕩電路要保持穩(wěn)定，因此采用石英晶體和電容組成時(shí)鐘振蕩電路，石英晶體一般采用的頻率為12.5MHz，兩個(gè)電容一般取10到40nf。圖6時(shí)鐘振蕩電路圖3.3.3主控制器部分 主控制部分采用AT89C52單片機(jī)，需要用到的端口有P0、P2、P3。圖6主控制器部分圖3.3.4顯示電路 顯示電路采用的是共陰LED數(shù)碼管，通過(guò)單片機(jī)對(duì)其控制，使其顯示出自然數(shù)列，奇數(shù)列，偶數(shù)列，音樂(lè)符號(hào)數(shù)列

15、。圖7顯示電路圖3.3.5附加功能電路 圖7附加88陣列顯示電路圖3.3.6總體電路圖圖8總的系統(tǒng)電路原理圖3.4 PCB版圖設(shè)計(jì) 圖9PCB電路圖4、課程設(shè)計(jì)總結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，由于以前沒(méi)接觸過(guò)單片機(jī)，所以我想借助這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)來(lái)學(xué)習(xí)一下單片機(jī)的基本知識(shí)并利用單片機(jī)來(lái)完成本次課程設(shè)計(jì)。因此主要任務(wù)就是學(xué)習(xí)單片機(jī)，并學(xué)會(huì)用相關(guān)的軟件來(lái)進(jìn)行仿真。我覺(jué)得如果要利用單片機(jī)來(lái)完成重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前學(xué)過(guò)C語(yǔ)言，但是單片機(jī)的C程序還得要結(jié)合具體的電路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，我覺(jué)的寫(xiě)好一個(gè)程序并不是一件簡(jiǎn)單的事，需要深刻理解單片機(jī)的引腳作用，并理解外搭電路的工作原理。最終當(dāng)結(jié)果仿真出來(lái)時(shí)感覺(jué)效果比較好。而且在版圖的制作過(guò)程中，要細(xì)心，更要努力集中精力。經(jīng)過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我收獲很多，不僅嘗試了使用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)而且明白了有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握。在學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)理論和動(dòng)手實(shí)踐要結(jié)合起來(lái)，這樣才能更深的去理解所學(xué)的知識(shí)。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中