數(shù)電課程設(shè)計四花樣彩燈控制器

1、一、 設(shè)計要求1.1 設(shè)計課題及要求（一） 題目：四花樣彩燈控制器（二） 基本要求：設(shè)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。（三） 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。二、系統(tǒng)組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成框圖分頻計數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器移位寄存器多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器開關(guān)電路輸

2、 出把四花樣彩燈設(shè)計分為幾個獨立的功能模塊進行設(shè)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(shè)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(guān)電路、數(shù)據(jù)輸出、時鐘電路。設(shè)計框圖如圖2.1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(guān)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

3、可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動的速度，得到不同的動態(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(guān)。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(guān)。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1

4、1110000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣三；為“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(guān)電路的cp脈沖產(chǎn)生電路的電阻，可以改變開關(guān)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。三、 電路方案設(shè)計3.1 電路圖設(shè)計將各單元電路組織起來就得到了系統(tǒng)電路圖，如圖所示本電路圖設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)清晰，可分為四種碼產(chǎn)生電路、開關(guān)電路、輸出電路和時鐘電

5、路這四個模塊。四種碼產(chǎn)生電路由模十六計數(shù)器和組合邏輯門構(gòu)成，開關(guān)電路由雙d觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，輸出電路由移位寄存器和彩燈構(gòu)成，時鐘電路由兩個555構(gòu)成。通過改變多諧振蕩器的電阻可改變彩燈流動的速度和各花樣持續(xù)的時間，實現(xiàn)了彩燈花樣的動態(tài)變化，增強了控制器的靈活性。四 單元電路設(shè)計與計算4.1 時鐘脈沖產(chǎn)生電路用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(shè)為1秒左右, 電阻值和電容值可設(shè)為：r1=1k ， r2=5

6、1k ， c=0.01f由公式（4-1）計算得：t=0.721s電路圖如圖4.1所示:圖4.1 時鐘電路另一個555產(chǎn)生的矩形脈沖控制彩燈的自動轉(zhuǎn)換,其周期設(shè)為模十六計數(shù)器的20倍,改變r1、r2的阻值即可，可設(shè)為：r1=1k ， r2=1m ，c=0.01f由公式（4-1）計算得：t=14.42s4.2 四種碼產(chǎn)生電路根據(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，如表4-1所示：表4-1 四種碼花樣狀態(tài)要求周期（位）碼1一亮一滅，從左向右移動8101010102兩亮兩滅，從左向右移動8110011003四亮四滅，從左向右移動8111100004從18從0

7、0左到右逐次點亮，然后逐次熄滅 161111111100000000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，十六進制計數(shù)器的真值表如表4-2所示表4-2 計數(shù)器真值表序號原狀態(tài)s(t)q4 q3 q2 q1次態(tài)n(t)q4 q3 q2 q1輸出z1z2z3z401234567891011121314150 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00

8、1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 00101010101010101001100110011001100001111000011110000000011111111由表4-2分析得：z1=q11 z2=q2 z3=q3 z4=q4所以四種碼產(chǎn)生電路如圖4.2所示：圖 4.2 四種碼產(chǎn)生電路4.3彩燈開關(guān)電路要實現(xiàn)彩燈四花樣的自動轉(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

9、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)。開關(guān)電路圖如圖4.3所示：圖 4.3 開關(guān)電路令q1q2=ab，74ls153數(shù)據(jù)選擇器的功能表如表4-3所示：表4-3 數(shù)據(jù)選擇器功能表b（q2）a（q1）1y0110000110z1z3z4z2z1由表4-3可知，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。4.4 花樣輸出電路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(guān)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

10、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，寄存器數(shù)碼移動情況如表4-4所示：表4-4 寄存器數(shù)碼移動情況表cpriqaqbqcqdqeqfqgqh111000000 02001000000300010000 0400 00100005000001000600000010070000000108000000001由表4-4可看出，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

11、就不累贅了。五、安裝調(diào)試5.1電路板安裝及檢查a、將原件插在電路板上，按電路圖進行連線，并用電烙鐵進行焊接注意事項：電路比較復雜，需要接線很多，焊點也很多，且焊點集中，焊接時一定注意不要將不該焊到一起的點焊一起了。1、注意芯片的用法，特別是管腳的正確連接。2、注意不要忘了將芯片的ucc端和gnd端接到電路上。3、注意led的正負極。4、正確運用pcb板的特性，連通的地方可省去布線，ucc和gnd分別利用pcb板上下的連線。b、依次檢查電路板的連線，看有沒有焊錯、虛焊或短路的地方，檢查各芯片的電源和地是否接上，并調(diào)整過來。檢查無誤后進行調(diào)試5.2 調(diào)試前面的檢查無問題后，接通電源，進行調(diào)試，根據(jù)

12、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，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。5.3 故障及分析電路接好后，發(fā)現(xiàn)八個同時亮，沒有明顯的花樣變化，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，原來是電容接錯了，由于所接電容比較小，充放電時間比較短，變化太快，所以看不清花樣的變化。將電路調(diào)整后再調(diào)試，沒有發(fā)現(xiàn)問題。六、實驗小結(jié)本次試驗的內(nèi)容是四花樣彩燈控制器。由于在以前的學習中積累了一些經(jīng)驗，這次設(shè)計總的來說是比較順利的。通過設(shè)計，我進一步熟悉了電烙鐵和萬用表的使用方法，鞏固和加深對數(shù)電所學理論知識的理解和掌握，特別是對74ls161十六位循環(huán)計數(shù)器、74ls04六反相器、74ls0

13、8四2輸入正與門、74ls153數(shù)據(jù)選擇器、74ls164八位移位寄存器、ct74ls74正邊沿觸發(fā)雙d觸發(fā)器、多諧振蕩器等原件了有了更深的了解，深感受益匪淺。實驗中電路比較復雜，在焊接布線時相當?shù)穆闊梅浅Ｐ⌒?，涉及多個芯片的用法，焊接前一定要分析清楚這些芯片的用法。板子的連通性，給布線帶來方便時也使安裝元器件時要注意，不能讓元器件短路，如果不小心令電路短路了，就很容易燒毀原件，后果不堪設(shè)想。設(shè)計過程中溫習了基本的焊接技術(shù)，萬用表的使用和熟悉了電阻的讀數(shù)方法和很多元器件的使用方法。但在做的過程中也遇到了很多的問題。實驗開始時，就遇到了元器件不夠的問題，最后只能把幾個人得元器件聚集起來，大家一起做了。試驗中，由于焊接技術(shù)不熟練，導致焊點處的錫點的過多或過少，甚至造成短路，而使電路板不能正常工作；也出現(xiàn)了因?qū)υ骷氖褂貌皇煜ざ乖骷芙探渝e或其他的錯誤，同樣造成電路板的不能使用。讓我印象最深的是調(diào)試過程了。焊接檢查完畢后，把電路板插在電源上，發(fā)現(xiàn)八個等同時亮了，但沒有預期中的花樣變化。開始以為是接線有問題，可是把電路板取下檢查無誤后還是一樣。當時感到很奇怪，之后問做好的同學才知道原來是實驗中兩個電容的位置接錯了。調(diào)換過來，果然成功了。通過這個經(jīng)歷也讓我長了經(jīng)驗教訓，做試驗前，一定要弄清原理，否則就會走不必要的彎路。另一讓我感觸頗深的是安全問題。在焊接