四花樣彩燈控制器

1、 課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 電子課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 四花樣彩燈控制器 學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 通信工程 班級： xxxx 學(xué)號： xxxxxxxx 姓名： xxxxxx 評分： 教師： xxxx 20 10 年 9 月 12 日摘要： 彩燈控制器在我門日常生活中有重要的運用，如廣告牌的設(shè)計和節(jié)日彩燈的設(shè)計都能運用到它的原理。本次設(shè)計的四花樣彩燈控制器電路簡單、取材容易。即使不懂電子技術(shù)，只要按圖連接，亦能制作成功。本次課程設(shè)計了一種以555、74ls74等為主要元器件的四花樣彩燈控制器。通過八位右移寄存器74ls164實現(xiàn)八個彩燈的向右移動，時鐘信號由兩個555產(chǎn)生，

2、當(dāng)彩燈完成一種花樣時，雙d觸發(fā)器74ls74輸出狀態(tài)改變，數(shù)據(jù)選擇器選擇另一種碼輸出，彩燈變?yōu)橄乱环N花樣，直到完成四種花樣再循環(huán)變化。經(jīng)實驗驗證，所設(shè)計的四花樣彩器能完成四花樣變換，四種花樣不斷循環(huán)。關(guān)鍵詞：四花樣控制器、555雙諧振蕩器、數(shù)據(jù)選擇器、自動循環(huán)目 錄前言-01 第一章 設(shè)計要求-02第二章 系統(tǒng)組成及工作原理-032.1 系統(tǒng)組成框圖-032.2工作原理分析-03第三章 電路圖設(shè)計-053.1電路方案設(shè)計-053.2方案比較-05第四章 單元電路設(shè)計與計算-074.1時鐘脈沖產(chǎn)生電路-074.2 四種碼產(chǎn)生電路-084.3彩燈開關(guān)電路-094.4花樣輸出電路-104.5各芯片管

3、腳圖-11第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果分析 -135.1調(diào)試及分析-13第六章結(jié)論- -14心得與體會-15參考文獻-16附錄 -171 pcb版圖-17 2 實物圖-18前 言數(shù)字電子技術(shù)主要研究各種邏輯門電路、集成器件的功能及其應(yīng)用，邏輯門電路組合和時序電路的分析和設(shè)計、集成芯片各腳功能、555定時器等。隨著計算機科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展用數(shù)字電路進行信號的處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮和利用數(shù)字電路在信號處理上的強大功能，通常先將模擬信號按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送到數(shù)字電路進行處理，最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換未響應(yīng)的模擬信號輸出。自20世紀(jì)70年代開始，這種數(shù)字電路處理模擬信號的所謂

4、數(shù)字化浪潮已經(jīng)席卷了電子技術(shù)幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域。本次設(shè)計正是利用數(shù)字電子技術(shù),實現(xiàn)對彩燈的遙控，彩燈控制器在我門日常生活中有重要的運用，價格便宜，生產(chǎn)簡單，故本次設(shè)計具有很好的使用價值整個電路的設(shè)計借助于multisim 仿真軟件，在multisim 下設(shè)計和進行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。 第一章 設(shè)計要求1.1 設(shè)計課題及要求（一）課題：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

5、要參考元器：555定時器、雙d觸發(fā)器74ls74、雙4選l數(shù)據(jù)選擇器74lsl53、單向移位寄存器74lsl64、4位2進制計數(shù)器74ls93第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成框圖把四花樣彩燈設(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)可由六個模塊組成。設(shè)計框圖如圖2.1所示：由兩個555構(gòu)成兩個振蕩器，其產(chǎn)生的時鐘分別控制模十六計數(shù)器、移位寄存器和雙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)多諧振蕩器的電阻可以

6、改變振蕩頻率，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(yīng)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(dāng)于一個受控的一刀四位的機械轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)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111

7、10000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，于是出現(xiàn)了八路四花樣自動循環(huán)切換的流水彩燈。第三章 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2所示： 如圖2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

8、電路和時鐘電路這四個模塊。四種碼產(chǎn)生電路由模十六計數(shù)器構(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。3.2 方案比較方案1：用模十六計數(shù)器的輸出端的最高位qd作為雙d觸發(fā)器的時鐘，可以少用一個555定時器。計數(shù)器每計八個數(shù)，qd由低電平變?yōu)楦唠娖?，雙d觸發(fā)器的狀態(tài)改變，四選一數(shù)據(jù)選擇器74ls153選擇下一種碼輸出，彩燈變?yōu)榱硪环N花樣，以后四種花樣循環(huán)改變。如果按此方案連接電路，彩燈無法完成第四種花樣（依次點亮，依次熄滅），只能

9、完成一半，依次點亮或依次熄滅，部分實現(xiàn)了設(shè)計要求，所以不采用。方案2：由555接成多諧振蕩器由4位2進制計數(shù)器74ls93接成16進制計數(shù)器，其4個輸出端可分別輸出對計數(shù)脈沖的2、4、8、16分頻信號。雙d觸發(fā)器74ls74接成兩位2進制加法計數(shù)器。雙4選l數(shù)據(jù)選擇器74lsl53。單向移位寄存器74lsl64是產(chǎn)生移動燈光信號的核心器件。驅(qū)動電路用8只三極管組成8路射隨器作緩沖放大，去觸發(fā)作電流開關(guān)的8只雙向可控硅，以控制彩燈發(fā)光。電路的十5v電源由220v9v變壓器降壓，經(jīng)d1d4橋式整流，7805穩(wěn)壓后給控制電路供電。從第一個555的3腳出來的脈沖信號分為兩路：一路作為計數(shù)脈沖送到74l

10、s93的14腳；另一路作為移位時鐘脈沖加到74ls164的8腳。調(diào)節(jié)rwl改變555的振蕩頻率，可以改變燈光的移動速度，以得到不同的動態(tài)效果。第二個555、74ls74、74ls153共同組成了一個電子開關(guān)。第二個555輸出的計數(shù)脈沖經(jīng)74ls74兩位二進制計數(shù)，在74ls74的兩個輸出端共可得到“00”“11”4個邏輯狀態(tài)。這4個狀態(tài)作為74ls153的4個數(shù)據(jù)通道選擇信號，對應(yīng)從74ls93輸送到74ls153的qa、qb、qc、qd4個分頻信號。其作用相當(dāng)于一個受控的一刀四位的機械轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)74ls74輸出為“00”時，選通74ls153的6腳；為“01”時，選通74ls153的5腳。

11、調(diào)節(jié)rw2改變第二個555的輸出脈沖周期，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。從74ls153第7腳輸出的數(shù)據(jù)信號送到74ls164的輸入端，在時鐘脈沖作用下，數(shù)據(jù)在74ls164的8位并行輸出端從q0一q7順序移動。這一移動的8位控制信號經(jīng)功率驅(qū)動電路去推動8路彩燈，就出現(xiàn)了8路4花樣自動循環(huán)切換的流水彩燈。經(jīng)過比較選用第二種方案。 第四章 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74ls164模十六計數(shù)器和八位移位寄

12、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=30k , r2=100k , c2=0.1uf,c1=10uf由公式（4-1）計算得 ： t=0.0161s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=30k ， r2=2m ，c2=0.1f,c1=47uf由公式（4-1）計算得： t=0.2821s4.2 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

13、周期（位）碼1一亮一滅，從左向右移動8100000002兩亮兩滅，從左向右移動8110000003四亮四滅，從左向右移動8111100004從18從00左到右逐次點亮，然后逐次熄滅161111111100000000要產(chǎn)生這四種碼，可由由4位2進制計數(shù)器74ls93接成的16進制計數(shù)器產(chǎn)生，該十六進制計數(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)q4q3q2q1次態(tài)n(t)q4q3q2q1輸出z1z2z3z40123456789101112131415000000010010001101000101011001111000 1001 1010 10111100110111

14、1011110001001000110100010101100111100010011010 1011 110011011110111100000000000100000001100000011000000111100001111000011111111000000001四種碼產(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

15、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）y0110000110z1z3z4z2z1 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y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從qa向qh移動，輸出四種彩燈花樣。當(dāng)輸入移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端的碼為10000000時，

16、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cpriqaqbqcqdqeqfqgqh11100000002001000000300010000040000100005000001000600000010070000000108000000001 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(dāng)輸入另外的三種碼時，寄存器的數(shù)碼同理移動，彩燈依次點亮。4.5 各芯片管腳圖1. 雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74ls153，芯片管腳圖如圖4.4（a

17、）所示：2. 4位2進制計數(shù)器74ls93，芯片管腳圖如圖4.4（b）所示： (a) (b)圖 4.4 74ls153和74ls93管腳圖3. 8位移位寄存器74ls164，芯片管腳圖如圖4.5所示圖 4.5 74ls164管腳圖4.555芯片管腳圖5.74ls74芯片管腳圖第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果分析5.1調(diào)試及分析1.調(diào)試使用的主要儀器:數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、示波器2.測試電路的方法和技巧:先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據(jù)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

18、為止。3.調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：（1）彩燈都沒亮：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)原因是555不能起振，改變多諧振蕩器的電阻，經(jīng)計算決定在第一個振蕩器增加1m的電阻，第二個振蕩器增加10m的電阻。（2）調(diào)試時須按住74ls164的8管腳，彩燈才亮，放開燈滅。經(jīng)分析得出結(jié)論：芯片74ls164壞了。更換后彩燈正常發(fā)亮。第六章 結(jié)論設(shè)計電路關(guān)鍵在于對設(shè)計要求的理解分析以及對基本電路相關(guān)知識的熟練掌握。設(shè)計電路時，將總體的功能分成若干個部分來實現(xiàn)，是簡化電路設(shè)計思路的很好方法；且搞清各個模塊的功能與實現(xiàn)要求操作的具體方法，對電路故障的檢查也是很有幫助。通過這次設(shè)計，學(xué)到了很多東西，如查找資料，設(shè)計比較，從各種圖中提取所需。焊接時學(xué)到了好多，如如何在一定大小的板子上正確擺放好芯片，如何布線等等，調(diào)試時也是，知道了用工具如萬用表來檢查、修復(fù)故障。此外，這次課設(shè)還讓我們學(xué)到很多，包括焊接技術(shù)。也吸取了很多教訓(xùn)。真正提高了動手能力，學(xué)會