彩燈控制器課程設(shè)計(jì)

1、 電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告題目： 作者所在系部： 作者所在專業(yè)： 作者所在班級(jí)： 作 者 姓 名 ： 作 者 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師姓名： 完 成 時(shí) 間 ： 7內(nèi) 容 摘 要隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)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(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來(lái)裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚。本課題要設(shè)計(jì)的是彩燈控制器，用16只led組成彩燈圖案，圖案的狀態(tài)變換有三種，三種狀態(tài)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，并有快慢兩種速度。該彩燈控制器能使led產(chǎn)生較豐富的變化，可作為活動(dòng)裝飾之用。關(guān)鍵字：彩燈 控制 led燈目 錄一、概述1二、方案設(shè)

2、計(jì)1三、單元電路設(shè)計(jì)與分析11彩燈圖案及狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) 1 2初態(tài)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) 23初態(tài)置入控制電路的設(shè)計(jì) 34環(huán)扭計(jì)數(shù)控制電路及速度變換產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) 35時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) 46驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 57清零電路的設(shè)計(jì) 5四、總原理圖及元器件清單6五、結(jié)論7六、心得體會(huì)8七、參考文獻(xiàn)8 一、概述 彩燈圖案變換一般有旋轉(zhuǎn)、移位和閃動(dòng)3種形式。每種圖案的狀態(tài)變換以環(huán)形和扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)循環(huán)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，環(huán)形和扭環(huán)形計(jì)數(shù)器由移位寄存器經(jīng)適當(dāng)?shù)姆答佭B線構(gòu)成。通過改變移位脈沖的時(shí)鐘頻率即可改變每種圖案狀態(tài)變換的速度。再用規(guī)則的順序脈沖控制圖案狀態(tài)的保持時(shí)間，就能實(shí)現(xiàn)不同圖案的自動(dòng)切換。二、方

3、案設(shè)計(jì)彩燈控制器組成方框圖如圖1所示。通過該方框圖設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。圖1 彩燈控制器組成方框圖三、單元電路設(shè)計(jì)與分析1彩燈圖案及狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)一行四個(gè)led，圖案變換擬采用以下3種形式：左右擺動(dòng) 0101 1010暗點(diǎn)移動(dòng) 1110 0111 1011 1101逐次亮滅 0000 1000 1100 1110 0001 0011 0111 1111其中“左右擺動(dòng)”和“暗點(diǎn)移動(dòng)”2種圖案的各種狀態(tài)可由移位寄存器循環(huán)右移及環(huán)形計(jì)數(shù)器來(lái)獲得，而“逐次亮滅”的各種狀態(tài)可通過移位寄存器最高位取反后循環(huán)右移及扭環(huán)形計(jì)數(shù)器得到。因此，狀態(tài)變換產(chǎn)生電路可由移位寄存器通過適當(dāng)?shù)姆答侂娐窐?gòu)成的環(huán)形和扭環(huán)形計(jì)

4、數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。2初態(tài)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)為得到最簡(jiǎn)電路，仔細(xì)觀察各狀態(tài)，得到以下設(shè)計(jì)方案：首先設(shè)計(jì)一個(gè)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)循環(huán)為 1101 1110 1111然后將三種狀態(tài)經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕M合邏輯變換就可以獲得3種圖案的初態(tài)及其循環(huán)0101 1110 11111101、1110、1111是十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的最后3個(gè)狀態(tài)，因此四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161和適當(dāng)?shù)拈T電路構(gòu)成有效狀態(tài)為這三個(gè)狀態(tài)的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。為保證計(jì)數(shù)器從1101開始計(jì)數(shù)，該計(jì)數(shù)器應(yīng)有手動(dòng)置數(shù)的功能。電路如圖2所示。圖2 初態(tài)產(chǎn)生電路為得到3種圖案的初態(tài)0101、1110和1111，可把74ls161的輸出端和74ls195的輸入端中變化狀態(tài)相

5、同的引腳相連。對(duì)照上面的兩個(gè)循環(huán)可知，可把74ls161的q0、q1、q2分別與74ls195的d3、d2和d0、d1相連。3初態(tài)置入控制電路的設(shè)計(jì)在彩燈控制器中，要實(shí)現(xiàn)圖案的自動(dòng)切換，須按一定的時(shí)間間隔把初態(tài)產(chǎn)生電路的輸出即3種圖案的初態(tài)送至狀態(tài)變換產(chǎn)生電路，這就需要一個(gè)與初態(tài)同步產(chǎn)生的置數(shù)脈沖（即與cp0同步），將其送至狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的置數(shù)端。該脈沖的脈寬應(yīng)比cp0脈寬窄，以確保led正常閃動(dòng)。該脈沖可由單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)，這里采用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74ls123構(gòu)成。電路如圖3所示。圖3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路圖中電阻和電容的參數(shù)應(yīng)根據(jù)輸出端負(fù)脈沖的寬度tw=0.7rc確定。脈沖脈寬應(yīng)適中，使初態(tài)不

6、至于停留時(shí)間過長(zhǎng)，以免影響閃動(dòng)效果，又要有足夠的移位脈沖使初態(tài)置入。本設(shè)計(jì)最短周期擬為0.125s,應(yīng)有tw=0.7rc=0.125,rc=0.17s。令r3=15k,c2=10u,則r3c2=0.15s。4環(huán)扭計(jì)數(shù)控制電路及速度變換產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)對(duì)于環(huán)扭計(jì)數(shù)控制電路，因構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器或扭環(huán)形計(jì)數(shù)器須分別將jk與q或q連接，故可通過數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)。對(duì)于速度變換產(chǎn)生電路，74ls153時(shí)鐘輸入端cp須選擇不同頻率的時(shí)鐘脈沖，因此也可通過數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)。綜上，可選用雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74ls153構(gòu)成環(huán)扭計(jì)數(shù)控制電路及速度變換產(chǎn)生電路。另外，由于由74ls161構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的q1q0端的狀態(tài)

7、為01、10和11的循環(huán)，因此可將74ls161的q1q0端與74ls153的地址輸入端ba相連，并使用74ls153的1i1、1i2、1i3及2i1、2i2、2i3作為數(shù)據(jù)輸入端。電路如圖4所示。圖4 環(huán)扭計(jì)數(shù)控制電路及速度變換產(chǎn)生電路5時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)該電路的主要功能是產(chǎn)生不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，用于對(duì)整個(gè)彩燈控制器的同步控制和圖案狀態(tài)變換的速度控制。其中，同步控制的電路包括初態(tài)產(chǎn)生電路和初態(tài)置入控制電路，由頻率最低的時(shí)鐘信號(hào)控制，該時(shí)鐘信號(hào)決定了圖案狀態(tài)變換的持續(xù)時(shí)間；其他頻率的時(shí)鐘信號(hào)用于圖案狀態(tài)變換速度的控制。由于彩燈控制器中要用到多個(gè)頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可采用14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/

8、分頻器cd4060實(shí)現(xiàn)。圖案變換時(shí)間設(shè)計(jì)如下：左右擺動(dòng) 狀態(tài)變換周期為0.25s（cp1），循環(huán)周期為0.252=0.5s。暗點(diǎn)移動(dòng) 狀態(tài)變換周期為0.125s（cp2），循環(huán)周期為0.1254=0.5s。逐次亮滅 狀態(tài)變換周期為0.125s（cp0），循環(huán)周期為0.1258=1s。確定圖案變換周期為4s，則三種圖案循環(huán)的周期數(shù)分別為8次、8次和4次。經(jīng)實(shí)測(cè)，對(duì)于cd4060有tq3=25r2c1的關(guān)系，其后引腳脈沖周期依次加倍。因此令r1=r2=5k，c1=1u，則tq3=25r2c1=0.125s，tq4=0.25s，tq8=4s。電路如圖5所示。圖5 時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路6驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)

9、電路應(yīng)根據(jù)每組驅(qū)動(dòng)彩燈的總電流來(lái)進(jìn)行選取。本彩燈控制器每組只有4個(gè)led，總電流較小，所以選用4-2輸入與非門74ls08作為驅(qū)動(dòng)電路。7清零電路的設(shè)計(jì)清零電路用于對(duì)狀態(tài)變換產(chǎn)生電路及初態(tài)置入控制電路進(jìn)行同步復(fù)位清零，同時(shí)對(duì)初態(tài)產(chǎn)生電路進(jìn)行置數(shù)（脈沖到達(dá)時(shí)起作用），并間接對(duì)環(huán)扭計(jì)數(shù)控制電路及速度變換產(chǎn)生電路地址輸入端置數(shù)，以保證3種圖案能夠正確切換。另外，cp0第一個(gè)高電平到來(lái)之后（即電路開始工作持續(xù)cp0半個(gè)周期后），若在cp0高電平期間松開按鈕，則狀態(tài)變換產(chǎn)生電路立即被置入0101；若在cp0低電平期間松開按鈕，則在cp0下一個(gè)高電平到來(lái)之后狀態(tài)變換產(chǎn)生電路被置入1110。本題中的清零電路只需一個(gè)接地按鈕和一個(gè)限流電阻即可構(gòu)成。四、總原理圖及元器件清單1總原理圖2、元器件清單quantitydescriptionreference_idpackage174ls,74ls195u8dil16174ls,74ls161u1dil16174ls,74ls123u4:adil16174ls,74ls153u7dil16 174ls,74ls00u2:a,u2:b,u2:c,u2:ddil141cmos,4060u3dil1616active,led-redd1,d2,d3,d4