電子技術(shù)應(yīng)用模塊課程設(shè)計雙色三循環(huán)方式彩燈控制器的設(shè)計

1、上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系課程設(shè)計課程名稱：電子技術(shù)應(yīng)用模塊 題目名稱：雙色三循環(huán)方式彩燈控制器的設(shè)計年 級：06級 學(xué)生專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)生學(xué)號： zd06010008 zd06010005 指導(dǎo)教師: 學(xué)生姓名： 技術(shù)職稱：高級工程師2008年5月30日制課程設(shè)計任務(wù)1 課程名稱 電子技術(shù)應(yīng)用模塊2 課程性質(zhì) 必修專業(yè)課3 適用年級 06級4 適用專業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)5 設(shè)計題目雙色三循環(huán)方式彩燈控制器的設(shè)計6 實驗要求 選開7 選題要求 最多組數(shù)2組 每組最多人數(shù)3人8 指導(dǎo)老師 吳國輝 職稱 高級工程師9 設(shè)計目的9.1 進一步掌握模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)等課程的知識在本課程設(shè)計中的

2、用9.2 熟悉電路的設(shè)計過程及設(shè)計方法9.3 掌握課程設(shè)計的基本過程和課程設(shè)計報告的撰寫方法10 設(shè)計要求10.1 控制器有8路輸出，每路用雙色三循環(huán)發(fā)光二極管指示10.2 控制器有三種循環(huán)方式：方式a：單綠左移 單綠右移 單紅左移 單紅移 方式b：單綠左移 全熄延遲拌聲音方式c: 單紅右移 四燈紅閃、四燈綠閃延遲10.3由單刀三擲開關(guān)控制三種方式，每種方式用單色發(fā)光二極管指示10.4 相鄰兩燈點亮?xí)r間約在0.2-0.6s間可調(diào)，延時時間約在1-6s間可調(diào)。10.5 要求用10v電源設(shè)計。11 課程設(shè)計的進度安排11.1 2008年五月9號17號，完成初稿11.2 2008年五月18號30號，

3、上交課程設(shè)計報告及實驗樣品12 參考書目12.1 黃永定 主編 電子線路實驗與課程設(shè)計 北京 機械工業(yè)出版社 2005.812.2 謝自美 電子線路設(shè)計、實驗、測試 武漢 華中科技大學(xué)出版社 12.3 高吉祥 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程 北京 電子工業(yè)出版社 2000年 13 任務(wù)書下達時間 2008年4月28課程設(shè)計評分標準（選開實驗）姓名：董珺 童志良 年級：06 級 專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 班級：（1）班總分：考核項目平 時 成 績設(shè) 計 報 告總成績考核內(nèi)容態(tài)度、紀律（20%）設(shè)計報告書寫和水平（80%）考核環(huán)節(jié)團結(jié)協(xié)作有鉆研精神愛護公物文明衛(wèi)生遵守紀律和制度摘要符合要求、語句通順

4、、內(nèi)容充實、圖表和曲線清晰符合規(guī)范、文字規(guī)范。方案選擇、論證、設(shè)計、計算正確。分值66880100評分評分教師： 評分時間： 年月 日課程設(shè)計報告年級06級 專業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班級（1）班 姓名 董郡 童志良指導(dǎo)老師 吳國輝 職稱 高級工程師課程名稱 電子技術(shù)應(yīng)用模塊課程性質(zhì) 必修專業(yè)課設(shè)計項目 雙色三循環(huán)方式彩燈控制器的設(shè)計實驗要求 選開1 設(shè)計目的1.1 進一步掌握模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等課程的知識在本課程設(shè)計中的應(yīng)用1.2 熟悉電路的設(shè)計過程及設(shè)計方法1.3 掌握課程設(shè)計的基本過程和課程設(shè)計報告的撰寫方法2 設(shè)計要求2.1 控制器有8路輸出，每路用雙色三循環(huán)發(fā)光二極管指示2.2 控

5、制器有三種循環(huán)方式：方式a：單綠左移 單綠右移 單紅左移 單紅右移方式b：單綠左移 全熄延遲拌聲音方式c: 單紅右移 四燈紅閃、四燈綠閃延遲2.3由單刀三擲開關(guān)控制三種方式，每種方式用單色發(fā)光二極管指示2.4 相鄰兩燈點亮?xí)r間約在0.2-0.6s間可調(diào)，延時時間約在1-6s間可調(diào)。2.5 要求用10v電源設(shè)計。3 課程設(shè)計的進度安排3.1 2008年五月9號17號，完成初稿3.2 2008五月18號30號，上交課程設(shè)計報告及實驗樣品 雙色三循環(huán)方式彩燈控制器摘要 設(shè)計任務(wù)中要求的三種循環(huán)方式并你復(fù)雜，用中小規(guī)模集成電路就能實現(xiàn)。因此，本課題選用中小規(guī)模集成電路來設(shè)計。本控制器應(yīng)由方式選擇、計數(shù)

6、器、譯碼器、led顯示電路、振蕩器、控制電路、延時電路、蜂鳴器等組成，其框圖如正文部分。本控制器的核心元器件為計數(shù)器和譯碼器，分別采用cmos中規(guī)模集成電路cc4516和cc4514. cc4514為16腳雙列直插的中規(guī)模集成可預(yù)置數(shù)的4位二進制加/減計數(shù)器（單時鐘）。關(guān)鍵詞 譯碼器 振蕩器 觸發(fā)器 雙色二極管1 引言信息技術(shù)以前所未有的速度飛快地向前發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵手段。 本循環(huán)彩燈控制方式的設(shè)計難點就是循環(huán)功能能否實現(xiàn)于控制電路是否起作用。而如今雙色三循環(huán)方式彩燈已廣泛應(yīng)用與各個領(lǐng)域中。2 電路設(shè)計2.1 電路基本原理本控制器的核心元器件為計數(shù)器為譯碼器。分別采用cmo

7、s中規(guī)模集成電路cc4516和cc4514.cc4514有5種功能：置數(shù)、清零、不計數(shù)、加計數(shù)、減計數(shù)，cc4514是4位鎖存/4線-16線譯碼器，其輸出為高電平有效。cc4514就有數(shù)據(jù)鎖存、譯碼和禁止輸出三種功能。數(shù)據(jù)鎖存功能由el端施加電平實現(xiàn)，el=0時，o0-o15保持el置“0”前的電平；禁止端e非為高電平時，o0-o15輸出全為低電平；因此，cc4514若作為譯碼器使用時，el應(yīng)接高電平，e非應(yīng)接低電平， 圖1 雙色三循環(huán)方式彩燈控制器框圖 2.2設(shè)計過程指導(dǎo)2.2.1 led顯示器o0-015為譯碼器cc4514的輸出。cc4514共有16個輸出，而雙色發(fā)光二極管只有8個，因此

8、每兩個輸出接同一個發(fā)光二極管。發(fā)光二極管為雙色三腳發(fā)光二極管，其限流電阻有三種連接方法，本控制器采用8個限流電阻的方法。發(fā)光二極管的極限電流一般為20-15ma，發(fā)光二極管的壓降約為2v，通過發(fā)光二極管的電流可取為10-15ma，以保證發(fā)光二極管有足夠的亮度，而且這樣又不易損壞發(fā)光二極管。2.2.2 振蕩器 振蕩器有多種形式，圖2所示的振蕩器比較簡明常用，其中圖2(a)中為cmos非門構(gòu)成的振蕩器，圖2(b)為用555構(gòu)成的振蕩器的振蕩周期t=1.4rc,用555構(gòu)成的振蕩器的振蕩周期t=0.7(r1+2r2)c。 圖2 振蕩器2.2.3 觸發(fā)器循環(huán)方式的設(shè)計思路如下：pl=1 up/ =1

9、up/ =0 up/ =1起始計數(shù)（置“1000） 加數(shù)器 o15時減計數(shù) o0時加計數(shù) 圖3所示由d觸發(fā)器的構(gòu)成的二分頻電路，o15和o0作為時鐘信號，一個時鐘觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。圖3(b)是利用d觸發(fā)器的直接置“1“端和直接置”0“端來實現(xiàn)觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。圖(c)和(d)由門電路組成的基本rs觸發(fā)器，圖(c)所示電路中，rs輸入為高電平有效，因此o15和o0可直接作為s與r的輸入。圖(d)的電路輸入為低電平有效，o15，o0反向后作為觸發(fā)器輸入。除以上幾種電路外，也可以直接用rs觸發(fā)器或jk觸發(fā)器來實現(xiàn)。經(jīng)實踐，圖3所示的幾種電路都能達到控制的作用。 圖3 觸發(fā)器控制電路2.2.4 延

10、時電路循環(huán)方式的的設(shè)計思路如下：pl=1 up/ =1 =1置數(shù)1000 加數(shù)器 o15時延時 延時電路可采用單穩(wěn)態(tài)電路，o15的下降沿作為單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)信號。根據(jù)功能要求，可采用微分型單穩(wěn)態(tài)電路、555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路及分立元器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，而下降沿觸發(fā)的與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路和555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)較為理想。與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路，其中cd，rd為微分電路，當(dāng)ui為窄脈沖觸發(fā)時，cd與rd可省略。o15的下降沿作為單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)信號，因此o15要經(jīng)微分和限幅后再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路、延時時間由rc決定。555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路如圖4所示，c1r1和vd起微分限幅作用。因為本電路要

11、求低電平觸發(fā)，沒有觸發(fā)的時候555的第2腳要為高電平，所以要接r2，對于r1和r2的 阻值比要求比較嚴格，要保證沒有觸發(fā)的時候第2腳電壓大于1/3vdd，觸發(fā)的時候電壓小于1/3vdd。延時時間由rp和c2決定。 圖4 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路在循環(huán)方式c中，要實現(xiàn)單紅右移，計數(shù)器應(yīng)從“0000”開始遞增，因此應(yīng)先清零再加法計數(shù)。根據(jù)計數(shù)器和譯碼器的功能，計數(shù)器和譯碼器本身無法使輸出實現(xiàn)四燈紅閃、四燈綠閃，因此，可通過延時電路給8個雙色發(fā)光二極管加上振蕩信號來解決。方式c的循環(huán)過程可表示為：mr=1 up/ =1 =1清零 加計數(shù) o7時延時 在設(shè)計時要注意，要求是在同一個電路中通過方式選擇來實

12、現(xiàn)3種循環(huán)功能，而不是設(shè)計3個電路。3種循環(huán)方式要相互隔離，如按方式a工作時則不能有方式b現(xiàn)象出現(xiàn)，因此可采用雙向模擬開關(guān)cc4066進行隔離。5.工作過程分析 選擇方式a，指示c2燈led8亮，vd19導(dǎo)通，開關(guān)剛接通瞬間c4短路，ic2的pl=1,ic2計數(shù)器置數(shù)“1000”，電源接通瞬間，c2短路，觸發(fā)器直接置零端r=1，觸發(fā)器直接置零，即ic2的up/ =1,計數(shù)器，從“1000”開始計數(shù)，c2充電結(jié)束后，觸發(fā)器r=0，不起作用。當(dāng)計數(shù)到“1111”時，o15=1，vd2導(dǎo)通，同時ic4a導(dǎo)通，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)， up/ =0，計數(shù)器遞減計數(shù)。當(dāng)計數(shù)到“0000”時，o0=1，d觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)

13、，up/ =1，計數(shù)器又開始遞增計數(shù)。也就是說，遞增計數(shù)到“1111”時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，遞減計數(shù)到“0000”時觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)一次。 選擇方式b，指示燈led9亮，vd20導(dǎo)通，開關(guān)剛接通瞬間，c4短路，pl=1，ic2計數(shù)器置數(shù)”1000”,電源接通瞬間，c2短路，觸發(fā)器r=1，觸發(fā)器直接置零，up/ =1，計數(shù)器從“1000”開始計數(shù)，ic4a端開，d觸發(fā)器輸出不變up/一直為“1”，計數(shù)器始終遞增計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到“1111”時，o15=1，ic8c導(dǎo)通，當(dāng)o15從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，ic6輸出變?yōu)楦唠娖剑?1，燈全部熄滅，ic8c導(dǎo)通，vt1導(dǎo)通，蜂鳴器響。延遲時ic4c導(dǎo)通

14、，pl=1，計數(shù)器始終在置數(shù)“1000”，延遲結(jié)束時，=0，計數(shù)器又從“1000”開始計數(shù)。 選擇方式c，指示燈led10亮，開關(guān)剛接通瞬間，c3短路，mr=1,ic2計數(shù)器清零電源接通瞬間，c2短路，觸發(fā)器r=1，觸發(fā)器直接置零，up/ =1，計數(shù)器從“0000”開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到“0111”時，o7=1,因ic8a導(dǎo)通，當(dāng)o7從高電平變?yōu)榈碗娖剑|發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，ic6輸出為高電平，=1，ic3的o0-o15輸出全為低電平，ic4b導(dǎo)通，延遲時計數(shù)器清零，ic7與非門輸出脈沖信號，vt2發(fā)射極輸出脈沖信號送到雙色發(fā)光二極管，使8盞燈四燈紅閃、四燈綠閃。延遲結(jié)束，計數(shù)器又從“0000”開始計數(shù)

15、。3 調(diào)試方法3.1 檢查振蕩器是否振蕩。如果雙色發(fā)光二極管燈亮并左右移動，說明振蕩器已工作；如果雙色發(fā)光二極管只有固定的某一盞燈亮，則應(yīng)檢查振蕩器是否振蕩。可用示波器檢測振蕩器的輸出，或用指針式萬用表直流電壓擋測量振蕩器輸出。如果示波器能檢測出振蕩波形，或萬用表指針左右擺動，則說明振蕩器已工作。3.2 觀察計數(shù)器能否置數(shù)，若不能置數(shù)，檢查c4是否接錯或損壞，若置數(shù)的時間太久，則應(yīng)減小c4的容量或r19的阻值。接循環(huán)方式c，檢查計數(shù)器能否清零，若不能，檢查c3,r5等器件。3.3 接循環(huán)方式a，檢查d觸發(fā)器在一循環(huán)周期內(nèi)能否翻轉(zhuǎn)兩次，若不能翻轉(zhuǎn)，則應(yīng)檢測d觸發(fā)器是否損壞，再檢查vd1,vd2,

16、r2,r3,ic4a等器件。3.4 接循環(huán)方式b，用萬用表測量ic6的輸出電壓，檢查當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到“1111”時，單穩(wěn)態(tài)電路的輸出是否從低電平變?yōu)楦唠娖?。如果單穩(wěn)態(tài)電路的輸出一直為低電平，則邪惡兩ic6的第2腳電壓是否一直為高電平而沒有低電平觸發(fā)信號，然后再檢查周圍相關(guān)的元器件。如果單穩(wěn)態(tài)電路的輸出始終為高電平，可能是ic6第2腳電壓一直為低電平所導(dǎo)致，說明r20與r21的阻值選擇不當(dāng)。3.5 接循環(huán)方式c，檢查能否四燈紅閃、四燈綠閃。檢查ic4c,ic7,vt2等元器件。4 小結(jié)循環(huán)彩燈的電路很多，循環(huán)方式更是五花八門，而且有專門的可編程彩燈集成電路。絕大多數(shù)的彩燈控制電路都是用數(shù)字電路來實

17、現(xiàn)的。例如，用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)的彩燈控制電路主要用計數(shù)器、譯碼器、分配器和移位寄存器等集成。本次設(shè)計中介紹的雙色循環(huán)彩燈控制器就是用計數(shù)器和譯碼器實現(xiàn)的，其特點是用雙色發(fā)光二極管，能發(fā)紅色和綠色兩色光。5 本次課程設(shè)計的心得體會人往高處走，水往低處流，想要做個優(yōu)秀的人就不得不努力，在本次的課程設(shè)計中我獲得了以上這幾句話。自己奮斗的道路往往都滿艱辛的，就我嘍，平常還認為自己學(xué)的還可以，可是到了自己動手的時候卻發(fā)現(xiàn)有好多的問題：這里不懂那里不懂，真的是很暈，才知有好多的不足，平常所學(xué)的不過就是些皮毛而以，所留下的空缺還得慢慢的填補，不過現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)發(fā)達了，在那我也可以學(xué)到很多不知道的東西，這對我的這次幫助也起了很大的幫助，還有老師在一旁仔細的教我才使我圓滿完成。在這次的課題設(shè)計中我遇到了很多的問題，不過在吳老師的指導(dǎo)下那些問題都迎刃而解了，這次的課題設(shè)計主要目的是提高我們的實踐能力，讓自己動手獨立去完成，是啊，完成了是輕松了好多了，不知不覺中還有點自豪勒，讓我對知識更有渴望，要