八路彩燈控制器課程設計

1、哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院課程設計用紙 第1章緒論 彩燈，又名花燈，是我國普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合性的 工藝品。彩燈藝術也就是燈的綜合性的裝飾藝術。彩燈的產(chǎn)生， 是從人類運用火、發(fā)明燈、制造燈具等發(fā)展而來的。隨著我國科 學技術的發(fā)展，彩燈藝術更是花樣翻新，奇招頻出，傳統(tǒng)的制燈 工藝和現(xiàn)代科學技術緊密結合，將電子、建筑、機械、遙控、聲 學、光導纖維等新技術、新工藝用于彩燈的設計制作，把形、色、 光、聲、動相結合，思想性、知識性、趣味性、藝術性相統(tǒng)一的 典范。 現(xiàn)今生活中，市場上為能吸取顧客的注意；搞出各式各樣的 方法，其中彩燈的裝飾便是一種非常普遍的一種，即可起裝飾宣 傳作用，又可以烘托起

2、現(xiàn)場氣氛，城市也因眾多的彩燈而變得燦 爛輝煌。本設計的彩燈確能成為現(xiàn)實的一種，但技術上日后將會 有更大的改善和提高。 本設計以 IC CD40194 和 IC CD4069 和 IC CD4071 芯 片實現(xiàn)，提出一種手動彩燈控制器，它的主要元件均采用CMOS 數(shù)字電路，驅動部分采用三極管 9014，因此具有電路簡潔、工 作可靠，控制形式多樣，使用安全方便的特點。 第2章功能及方框圖 2.1功能簡介 彩燈控制器能夠使彩燈控照一定的形式和規(guī)律閃亮，起到烘 托節(jié)日氛圍、吸引公眾注意力的作用。彩燈控制器多種多樣，本 設計的彩燈控制器主要功能： (1 )可以控制8路彩燈。 (2)彩燈點亮方式既可以向左

3、(逆時針)移動，也可以向右 (順時針)移動，還可以左右交替移動。 (3 )起始狀態(tài)可預置 (4 )移動速度和左右交替速度均可調節(jié)。 22 2.2電路萬框圖 XEXXXXXX / 7 7 7 7 -T 圖1彩燈控制方框圖 第3章電路 附錄1所示為彩燈控制器電路圖。它的主要元器件均彩 CMOS數(shù)字電路，驅動部分采用晶體管VT,因此具有電路簡潔、 工作可靠、控制形式多樣，使用安全方便的特點 3.1電路功能結構組成 整機電路包括以下功能單元：整機的核心是兩個CD40194 級聯(lián)組成的8位雙向移位寄存器，控制8路彩燈按一定規(guī)律閃亮。 (1) S1、S2、SB組成的預置數(shù)控制電路，它控制 8位移存 器的初

4、始狀態(tài)，即8路彩燈的起始狀態(tài)。 D5、D6等組成時鐘振蕩器，它為寄存器提供時鐘脈沖。 (3) D3、D4、S3等組成的移動方向控制電路，它控制移位 寄存器作左移、右移或左右交替移動。 VT1VT8以及SSR1SSR8組成的8路驅動執(zhí)行電 路，它在移位寄存器輸出狀態(tài)的控制下，驅動 8路彩燈H1H8 分別點亮或熄滅。 (5)電源部分由試驗臺直接提供+6V電壓。 3.2整機簡要工作原理 IC1和IC2級聯(lián)組成8位雙向移位寄存器，在D5、D6產(chǎn) 生的時鐘脈沖CP的作用下循環(huán)移位運動，如圖3所示。雙向移 存器的8個輸出端Q1Q8分別經(jīng)晶體管VT1VT8控制8個 發(fā)光二極管H1H8。當某Q端為” T時，與

5、該Q端對應的 VT接通相應的彩燈H的電源，使其點亮。當某 Q端為“ 0時， 對應的VT截止切斷相應彩燈H的電源而熄滅。由于Q1Q8的 狀態(tài)在CP作用下不停地移位，所以點亮的彩燈便在 H1H8中 循環(huán)流動起來。 彩燈的初始狀態(tài)由S1和S2預置，預置好后按一下SB將預 置數(shù)輸入，其輸出端 Q1Q8的狀態(tài)（也就是彩燈H1H8點 亮的情況）而等于預置數(shù)，而后在 CP的作用下移動。彩燈移動 的方向由S3控制，也可以選擇 左移”、右移”或左右交替。” 3.3門電路多諧振蕩器 多諧振蕩電路不僅可以由晶體管或 NE555時基電路組成，而 且也可以用兩個 CMOS門電路組成（如圖2），CMOS門電路 輸入高電阻

6、抗高、更容易獲得較大的時間常數(shù)，尤其適用于低頻 時鐘振蕩電路，在圖中所示中，D5、D6等組成多諧振蕩器，產(chǎn) 生秒信號脈沖，振蕩周期T=0.15s0.67s （R調節(jié)），如下圖 所示，當B點由“0變?yōu)椤?1時，由于電容器C3、C4 （兩個電解 電容反極性相接構成一個無極性大電容）的兩端電壓不能突變， C點也為“1，普通Ra使D5輸入端為“1。隨著C1、C2的充 放電，C點也為“ 1；普通Ra使D1輸入端為“1。隨著C1、C2 的充放電，C點電位逐漸下降，當降至CMOS門電路的閥值（約 3V ）此循環(huán)形成振蒎，振蕩周期 T=2.2（RB+RP）*C=SRA 圖2多諧振蕩電路 R2 0是補償電阻，可

7、提高振蕩頻率的穩(wěn)定度。 3.4控制電路 控制電路包括預置電路、移動方向控制電路和移動速度控制 電路等。 3.4.1預置數(shù)控制電路 預置數(shù)控制電路由兩個四位地址開關 S1、S2和按鈕開S組 成，用于設置移存器的初始狀態(tài)，即彩燈的起始狀態(tài)。每個地址 開關中包含四只開關，附錄1所示電路圖中的接法，開關閉合時 為“ 1”開關斷開時為“0”可根據(jù)要求設置。移存器的兩個狀態(tài) 控制端ST1、ST0分別由或門D1、D2控制。當按下預置數(shù)開 關SB時，“ 1龜平（+6V ）加至D1、D2輸入端，D1、D2輸 出均為“ 1”使ST1、ST0= “ 1T,設置好的預數(shù)并行進入移存 器，如圖3所示。 Q1Q2Q3Q4

8、Q5QSQ7Q8 1 U 4 h |r J STI ST2 1 1 PlP2Ft3PP5P5P7PS 圖3預置數(shù)狀態(tài) 例如，設置P1P8為“ 111001100，按下SB時，Q1Q8 便成為 “ 111001100 , H1、H2、H3、H6、H7 亮，H4、H5、 H8滅。當松開SB時，ST1、ST0工“ 1,移存器便在CP作用 下使預狀態(tài)移動。 3.4.2移動方向控制電路 前面已介紹過，移存器移動方向由 ST1、ST2的狀態(tài)決定。 為了實現(xiàn)左右交替移動。電路設計了一個由反相器D3、D4等組 成的超低頻多諧振蕩器，并由選擇開關 S3控制。 當S3將D3輸入端接地時，多諧振蕩器停振，使 ST0

9、、 ST1狀態(tài)呈“10,移動器右移，如圖4 (a)所示。 當S3將D3輸入端接+6V時，多諧振蕩器仍停振，但不 同的是ST0、ST1狀態(tài)為“01”，移存器左移，如圖4 (b)所示。 當S3懸空時，多諧振蕩器振，使ST1、ST0狀態(tài)在“01” 和“ 10之間來回變化，移存器便左移與右移交替進行。電位器 RP用于調解振蕩周期、改變左右移動的交替時間，效替時間可 在2.5秒至7.5秒左右的范圍內(nèi)選擇。C3、C4兩電解電容反向 串聯(lián)，等效為一個無極性電容。D3、D4的輸出端分別經(jīng)或門 D1、D2至U ST1、STO端，當SB按下時，D1、D2輸出均為 “ 1 ” 此時預置數(shù)輸入。 圖4移動方向示意圖

10、343移動速度控制電路 時鐘頻率的高低決定了移存器的移動速度，時鐘脈沖由反相器組 成（詳細見3.3節(jié)介紹）。 3.5雙向移位寄存器 8位雙向移位寄存器由IC1、和IC2級聯(lián)組成，如圖5所 示。IC1、IC2均可采用4位雙向通用移寄存器集成電路 CD40194，其性能較強，即可以左移，也可以右移；即可以 串行輸入，也可以并行輸出；即可以串行輸出，也可以并行輸 出。CD40194有四個輸出端QQ4 ;有四個并行數(shù)據(jù)輸入商 P1P4，一個左移串行數(shù)據(jù)輸入端 DL和一個右移串行數(shù)據(jù)輸 入端DR;還有2個狀態(tài)控制端ST1、ST0= “11”時，預置數(shù) 并行輸入移存器。 將兩CD40194 級聯(lián)即可組成8

11、位移位移位寄存器，電路 中，IC1的第一位輸出端（Q1 ）接IC2的左右移串行數(shù)據(jù)輸 入端DL，IC1的第四位輸出端（Q4 ）接IC2的右移串行數(shù)據(jù) 輸入端DR、IC2的第一位輸出端 DR，兩片CD40194 的CP、 ST1和ST0并聯(lián)即可。右移時數(shù)據(jù)按 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8的方向移動，Q8的信號又經(jīng)右移串行數(shù) 據(jù)輸入端DR輸入到Q1，形成循環(huán)。左移時，數(shù)據(jù)按 Q8 J Q7 JQ6 JQ5 JQ4 JQ3 JQ2 JQ1的方向移動，Q1的信號 又經(jīng)左移串行數(shù)據(jù)輸入端 DL輸入到Q8，形成循環(huán)。 QI Q2 03 Q4 人 卡 A * IC2 IC1 Q5 Q6 Q

12、ZQ3 T f * 牛 QI Q2 ffi Q4 CT 7T1 理2 T ST1: 3T2 圖5雙向移位寄存器 第4章組裝及調試 組裝前準備：先備好所需工具（電烙鐵、各元器件、萬能表 等）并檢查元件有無損壞（本機元件可用萬能表測出性能）準備 工作完成后，開始捍接工作。 4.1振蕩電路 先將振電路捍好，本電路采用二個門電路起振（D5、D6） 電容參數(shù)為C5+C6=9.4u ，各部分按電路圖接法捍好。然后用 一個+6V直流穩(wěn)壓源直接到CD4069電源端，用一只發(fā)光二極 管正極接到振蕩電路輸出端（D6非端），負極接地，此時二極 管將會一閃一閃，此時為正常現(xiàn)象，再調一下RP2，二極管的閃 爍頻率就會隨

13、調節(jié)而改變頻率。如果沒有以上現(xiàn)象，查看RP2引 腳有沒有捍錯和虛捍現(xiàn)象，直至電路達到上述效果為止。此時振 蕩電路接近裝調工作。 4.2方向控制電路 此電路較為簡單，但突為重要，組裝時應特別注意，這是本 機功能控制的關健部位。本電路由CD4069的二個反相器（D3、 D4 ）和CD4071中的二個或門（D1、D2 ）等組成。先捍好電 容和電阻后，檢查會不會起振，檢查方法如同振蕩控制電路。再 將其與D1D2連接好，用萬能表測D1、D2的輸出端（即ST1、 STO ）端是否如圖4所示相互變換，即（ST1和ST0 ）的值會不 會隨S3開頭變化而達到停止振蕩和起振，特別S3拔至懸空腳 時，二個數(shù)據(jù)會不會

14、交替變換。這用二個發(fā)光二極管代替表等效 果更為顯著，并調動RP1二個二極管變換時是否與 RP1的變化 而變化，如不會顯示上述效果，檢查方法與振蕩電器一樣，直至 達到預設效果后，此電路完成組裝工作。 4.3預置電路 此電路相對簡單，接電路的接法接好后，先放置不理，因為 此電路要全電路捍接后才能有明顯效果作用，調試也比較方便。 4.4顯示電路 顯示電路主要由晶體管VT（ 9014 ）和發(fā)光二極管代替彩燈 H （文內(nèi)便用H代稱）組成：先按電路的接法捍接后，用能表（X10 檔）黑表筆接各VT的基極，紅表筆接H的負極，此時H亮，說 明正常，紅表筆接C極，黑表筆接e極，H會亮，正常，各個三 極管接上二個方

15、法依次測試。如果出現(xiàn)問題（H不亮）要檢查電 路的接法和捍接是否虛捍，直至達到上述現(xiàn)象，此電路組裝工作 將近完成，并后并將e極依將接到雙位移寄存器（用二片 CD40194 級組成）的Q1Q8端（此檢測法是按三極管持性和 電路圖連接所得出的）。 4.5移位電路 此電路由CD40194兩塊晶片級組成，是本機電路的核心； 捍接只需按電路圖接好，并和預置電路連接裝一個SB控制開頭 和裝上一個6V穩(wěn)壓晶片（7806 ）使整機穩(wěn)定性提高。接好后通 電，在S1、S2預置你喜歡的初始狀態(tài)，按 SB、H1H8會同 S1、S2所預置的狀態(tài)相同（詳情參考圖5）松開鍵位SB , H1 H8便開始循環(huán)點亮。說明預電路和移

16、位電路正常。如無法達到 以上功能，檢查線路是否接對和虛捍問題，較對修改后仍無反應， 萬能表測78063腳電源是否正常，不正常。則捍脫7806的3 腳，用萬能表測電壓是否正常（+6V ），正常說明無問題，可能 是把各式各集成塊的電源極性接錯，或某處短路，認真再檢查幾 遍，如果仍不正常則只能更換 CD40194 （此障礙占極少數(shù)，只 有極性接錯后才會導致燒，否則不會雙燒壞，此點最為重點）。 4.6整機調試和控制 全電路連接好后，通電讓彩燈點亮，調節(jié)變速電路（振蕩電 路）開關，按SB，為是否達到預置狀態(tài)。再拔動 S3 （交替、右 移、左移）等位是否彩燈隨之變化，說明正常；最后拔到交替端 （懸空端）調

17、節(jié)RP1交替的周期是否隨調節(jié)變化而變化，會則正 常（此時最好在調電路中調到最快時，效果會比較明顯）。電路 達到上述工作后說明整機捍接成功。如果中途遇到了不同的問題， 就按故障的類型而去檢測相關電路，為是否接錯和捍錯元件。也 有可能電路板捍后下的錫粒所導致而成。 第5章主要故障和檢修方法 彩燈不亮：按一下SB開關；檢測彩燈、晶體管VT、電源 電壓是正常和燒壞，隨其更換。 彩燈不閃：檢查振蕩電路有無脈沖輸出，電路有無脫捍和虛 捍短路現(xiàn)象；檢測電容有無損壞。 彩燈全亮：查看S1、S2開關是否全拔錯，并拔回按B開關。 查看e極和c極有無短路或直接接電源，并捍開。 不能預置：查看S1、S2有沒有脫捍或電

18、阻壞，UR=4V ； SB開關有無損壞和脫捍等。 不能調頻：檢查RP2有無脫捍和損壞，產(chǎn)更換； 檢查電容會不會充放電，并更換。 不能調交替頻率：檢查RP1有無脫捍和損壞，并更換； 檢查電容會不會充放電，并更換。 檢查D1、D2輸出端有無交替變換。 總結 本次課設已接近尾聲，回顧整機電路，發(fā)現(xiàn)設計既有優(yōu)點又 有些許的不足，現(xiàn)將本人對電路的一些看法述說如下，謬誤之處 還望老師能不吝賜教。 優(yōu)點：可操作性高，性能穩(wěn)定；能由多種閃亮功能，并能任 意預置閃亮燈數(shù)目。 缺點：實用性低，價格比較貴，體積旁大，不能供應大功率 燈炮，需人工操作變幻，要用到大的實用中需改善。 改進：本電路中將IC1和IC2的1腳

19、（清零端）與16腳共 同接電源，致使電路不具備清 0功能，本人考慮可將兩芯片的1 腳級聯(lián)后接個按鍵后接地，這樣就可以在電路工作時按下按鍵能 夠清0。 給予彩燈的各項優(yōu)點，相信隨著科技的不斷發(fā)展和電路的進 一步完善，它必定將在人民生活中得到更廣泛的應用，也必定在 市場上有更廣闊的前景。 致謝 歷時三星期的課程設計已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的實踐 努力以及溫海洋老師的耐心指導和熱情幫助，本設計已經(jīng)基本完 成。在這段時間里，溫老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和熱忱的工作作風令 我十分欽佩，他的指導使我受益非淺。同時本系S303實驗室的 開放也為我的設計提供了實習場地。在此對溫海洋老師及學院電 子系表示深深的感謝。 通過這次畢業(yè)設計，使我