彩燈循環(huán)控制電路

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 四路彩燈控制器設(shè)計(jì)與制作 學(xué)院: 電子信息工程學(xué)院 專業(yè)、班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2011年12月目錄一設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（2）二總體框圖（3）三選擇器件（5）四功能模塊（11）五總體設(shè)計(jì)電路 (14)六課程設(shè)計(jì)心得 (16)四路彩燈控制器設(shè)計(jì)與制作一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)可預(yù)置序列發(fā)生器，并用一控制彩燈的循環(huán)顯示。不同的預(yù)置產(chǎn)生不同的效果。 實(shí)現(xiàn)循環(huán)序列發(fā)生器和彩燈控制電路，使得彩燈按一定的規(guī)律循環(huán)顯示。假定循環(huán)規(guī)律為：l1l8的狀態(tài)是00001111（0表示滅，1表示亮），每隔一秒燈l1l8的狀態(tài)依次循環(huán)一位，即：l1l2l8l7l6l5l4l3 設(shè)計(jì)控制

2、電路，可自動(dòng)預(yù)置4種不同的初狀態(tài)，每隔64秒改變一種，并在這四種初狀態(tài)循環(huán)，使得彩燈定時(shí)改變顯示的效果，假定四種不同的初狀態(tài)為：00001111，00010001，00110011，01110111二、總體框圖 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路循環(huán)序列發(fā)生器預(yù)置控制電路彩燈控制電路 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路部分：振蕩器有多種振蕩器電路，其中（a）圖為cmos非門構(gòu)成的振蕩器，（b）圖為石英晶體構(gòu)成的振蕩器，（c）圖為555構(gòu)成的多諧振蕩器。 cmos非門構(gòu)成的振蕩器的振蕩周期t=1.4rc，555構(gòu)成的振蕩器的振蕩周期t=0.7（r1+2r2）c。我最終還是選擇了555構(gòu)成的振蕩器，因?yàn)?55使用起來(lái)方便、簡(jiǎn)單。通過(guò)

3、調(diào)節(jié)r1，r2和c1的大小調(diào)節(jié)振蕩頻率以達(dá)到1hz的秒鐘連續(xù)脈沖圖1 cmos非門構(gòu)成的振蕩器（a）圖2石英晶體振蕩器（b）圖3 由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 循環(huán)序列發(fā)生器部分： 3個(gè)74ls163構(gòu)成循環(huán)序列發(fā)生器部分，由于是64秒改變一種狀態(tài)，所以用二片74ls163組成一個(gè)64位加法計(jì)數(shù)器（按164進(jìn)行把2個(gè)74ls163組裝計(jì)數(shù)器），每循環(huán)一次64位產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸入到第三個(gè)74ls163，第三個(gè)74ls163是一個(gè)4位加法計(jì)數(shù)器，并通過(guò)它來(lái)控制預(yù)置控制電路中的4個(gè)73ls373的使能端，從而決定輸入的每種初態(tài)。詳細(xì)的控制辦法是：讓第三個(gè)74ls16的輸出00分別通過(guò)一個(gè)非門變成11

4、再和頭2個(gè)74ls163的進(jìn)位一起通過(guò)一個(gè)三輸入與非門變成低電平0加到初態(tài)為00001111的74ls373的使能端，這樣就可以使器導(dǎo)通。當(dāng)前面的64位計(jì)數(shù)器在來(lái)一個(gè)進(jìn)位時(shí)，00變成01，這樣讓1的那個(gè)輸出端通過(guò)一個(gè)非門，然后和0的端口以及剛才的進(jìn)位一起通過(guò)個(gè)與非門，是輸出為0 節(jié)到初態(tài)為00010001的第二個(gè)74ls373的使能端，讓其導(dǎo)通。再次過(guò)64秒后，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位使第三個(gè)74ls373輸出為10，讓1的端口通過(guò)一個(gè)非門，然后把它和0的端口以及進(jìn)位信號(hào)一起輸送到一個(gè)三輸入與非門，使之輸出為0 接到初態(tài)為00110011的第三個(gè)74ls373的使能端讓其工作。最后在完成一次64位的

5、計(jì)數(shù)，產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位，使之變成11，把他們都風(fēng)別通過(guò)一個(gè)非門，然后在和進(jìn)位信號(hào)一起通過(guò)一個(gè)三輸入的與非門，并把它的輸出0接到滴4個(gè)初態(tài)為01110111的74ls373的使能端，使其工作。由于第三個(gè)的74ls373是一個(gè)4位加法計(jì)數(shù)器，所以當(dāng)?shù)搅?1時(shí)自己又自動(dòng)返回到00，加法器完成一個(gè)64計(jì)數(shù)，就產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位，00又變?yōu)?1。依次往復(fù)循環(huán)。預(yù)置控制電路部分：4個(gè)74ls373構(gòu)成預(yù)置控制電路部分，因?yàn)榇嬖?種不同的初態(tài)，考慮到74ls373的高阻態(tài)而且它擁有8個(gè)輸出端正好符合要求，所以我們可以把這4種初態(tài)預(yù)先寄存在此。由于使能端關(guān)閉時(shí)74ls373的輸出是呈現(xiàn)高阻態(tài)所以可以把他們的輸出端直接相

6、互連在一起然后分別送至2個(gè)74ls194移位寄存器的輸入端。把四個(gè)74ls373的q1都連在一起放到第一個(gè)74ls194的第一個(gè)輸入端，然后把四個(gè)74ls373的q2都連在一起放到第一個(gè)74ls194的第二個(gè)輸入端，依次放置，直道把四個(gè)74ls373的q8連在一起放到第二個(gè)74ls194的第四個(gè)輸入端。除此之外，我們還應(yīng)把所存信號(hào)始終至于高電平。就可以保證當(dāng)使能信號(hào)一存在就可以輸出一開始就寄存在器件里的數(shù)據(jù)。彩燈控制電路部分：2個(gè)74ls194構(gòu)成彩燈控制電路的主電路，8個(gè)彩燈分別接在2個(gè)的輸出端，考慮到題目要求8種狀態(tài)是右移的，我們只需把每個(gè)的sr端和q3端相連即可實(shí)現(xiàn)右移。由于當(dāng)s0s1是

7、11時(shí)置數(shù)，s0s1是10時(shí)實(shí)現(xiàn)右移，所以我們可以把64位加法計(jì)數(shù)器部分產(chǎn)生的進(jìn)位作為s1的輸入信號(hào)送給s1，于是當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位時(shí)，74ls373輸出的狀態(tài)就可以順利的置入雙向移位寄存器74ls194內(nèi)，當(dāng)這個(gè)脈沖過(guò)來(lái)后時(shí)，s1又變?yōu)?，于是就可以實(shí)現(xiàn)右移了。以上所有的期間的脈沖信號(hào)都是同一個(gè)脈沖信號(hào)，均由555定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生，以保證同步。三、選擇器件 本次課程設(shè)計(jì)所用器件如表一： 型號(hào)名稱數(shù)目74ls194雙向移位寄存器274ls163十六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器374ls373數(shù)據(jù)寄存器474ls04非門374ls12三輸入與非門474ls08與門174ls00與非門1555定時(shí)器脈沖信號(hào)發(fā)生器11）

8、74ls194移位寄存器 圖4 引腳排列其中d0,d1,d2,d3為并行輸出端；sr為右移串行輸入端，sl為左移串行輸入端；s1,s0為操作模式控制端；cp為時(shí)鐘脈沖輸入端。圖五 功能表圖六 內(nèi)部原理圖 2）74ls163計(jì)數(shù)器 它是同步十六進(jìn)制加法記數(shù)器，當(dāng)load端輸入底電平時(shí)處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，d0、d1、d2、d3的數(shù)據(jù)將會(huì)在cp上升沿到達(dá)時(shí)被置入q0、q1、q2、q3中，它的預(yù)置數(shù)是同步的。下圖是74ls163的引腳分配圖，圖中l(wèi)d為預(yù)置數(shù)控制端，d0-d3為數(shù)據(jù)輸入端，c為進(jìn)位輸出端，rc為異步置零端，q0-q3位數(shù)據(jù)輸出端，ep和et為工作狀態(tài)控制端。163 的清除是同步的。當(dāng)清除端

9、clear為低電平時(shí)，在時(shí)鐘端（clk）上升沿作用下，才可完成清除功能。 163 的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制端load為低電平時(shí)，在clk上升沿作用下，輸出端（qa-qd）與數(shù)據(jù)輸入端（ab）相一致。當(dāng)clk由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端（enp、ent）為高電平，則load應(yīng)避免由低至高電平的跳變.圖七 74ls163引腳圖圖八 74ls163功能表163 的計(jì)數(shù)是同步的，靠clk同時(shí)加在 4 個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)enp和ent均為高電平時(shí)，在clk上升沿作用下qa-qd同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。163 有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位端（rco）輸出一個(gè)高電平

10、脈沖，其寬度為 q0 的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級(jí)聯(lián)成 n位同步計(jì)數(shù)器。 在clk出現(xiàn)前，即使enp、ent、clear發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。3)74ls373寄存器74ls373是八d鎖存器(3s,鎖存允許輸入有回環(huán)特性) ，常應(yīng)用在地址鎖存及輸出口的擴(kuò)展中。74ls373內(nèi)有8個(gè)相同的d型(三態(tài)同相)鎖存器，由兩個(gè)控制端(11腳g或en；1腳out、cont、oe)控制。當(dāng)oe接地時(shí)，若g為高電平，74ls373接收由ppu輸出的地址信號(hào)；如果g為低電平，則將地址信號(hào)鎖存。工作原理：74ls373的輸出端o0o7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端oe為低電平時(shí)，o

11、0o7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)oe為高電平時(shí)，o0o7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端le為高電平時(shí)，o隨數(shù)據(jù)d而變。當(dāng)le為低電平時(shí)，o被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平 圖九 引角圖 圖十 功能表4) 555定時(shí)器應(yīng)用國(guó)產(chǎn)雙極型定時(shí)器cb555電路結(jié)構(gòu)圖。它是由比較器c1和c2，基本rs觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管td三部分組成。 vh是比較器c1的輸入端，v12是比較器c2的輸入端。c1和c2的參考電壓vr1和vr2由vcc經(jīng)三個(gè)五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端vco懸空時(shí)，vr1=2/3vcc,vr2=1/3vcc。如

12、果vco外接固定電壓，則vr1=vco,vr2=1/2vco. rd是置零輸入端。只要在rd端加上低電平，輸出端v0便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)必須使rd處于高電平。圖中的數(shù)碼18為器件引腳的編號(hào)。 圖 十一 555定時(shí)器邏輯符號(hào)555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。 圖 十二 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(a)電路組成555集成定時(shí)器由五個(gè)部分組成。1、 基本rs觸發(fā)器：由兩個(gè)“與非”門組成2、 比較器：c1、c2是兩個(gè)電壓比較器3、 分壓器：阻值均為5千歐的電阻串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成分壓器，為比較器c1和c2提供參考電

13、壓。4、 晶體管開卷和輸出緩沖器：晶體管vt構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受端控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器g3，其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。(b) 基本功能當(dāng)時(shí)，輸出電壓為低電平，vt飽和導(dǎo)通。當(dāng)時(shí)，時(shí)，時(shí)，c1輸出低電平，c2輸出高電平，q0，飽和導(dǎo)通。當(dāng)、時(shí)，c1、c2輸出均為高電平，基本rs觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變，因此、vt也保持原來(lái)狀態(tài)不變。當(dāng)、時(shí)，c1輸出高電平，c2輸出低電平，q1，vt截止。555定時(shí)器功能表輸 入輸 出閾值輸入(vi1)觸發(fā)輸入(vi2)復(fù)位()輸出()放電管t00導(dǎo)通 11截止10導(dǎo)通1不變不變 表二 555定時(shí)器邏輯功能表5)74ls

14、04非門當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。仔細(xì)觀察一下圖中給出的三極管開關(guān)電路即 可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出等于低電平，而輸入為低電平時(shí)輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實(shí)際上就是一個(gè)非門。（亦稱反向器）。當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于 深度飽和的基極電流。 設(shè)計(jì)電路所用的芯片是74ls04，如下圖所示： 圖十三 74ls04的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖功能表如下圖：

15、 表三 非門功能表 邏輯符號(hào) 邏輯函數(shù)式y(tǒng)= a圖十四 74ls04的管腳圖)74ls12三輸入與非門引出端符號(hào) 1a3a 輸入端 1b3b 輸入端 1c3c 輸入端 圖十五 74ls12引腳圖 功能表四、功能模塊 1）555多諧振蕩器組成脈沖發(fā)生器 多諧振蕩器不需要外加輸入信號(hào)，只要加上直流電源就能自動(dòng)輸出相應(yīng)頻率和寬度的矩形脈沖。由于矩形脈沖含有豐富的高次諧波，所以稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器電路能從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)，變化極其迅速。多諧振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的準(zhǔn)確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用成品振構(gòu)成振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。如果精度要求不高也可采

16、用集成邏輯門與rc組成的時(shí)鐘源振蕩器或由集成定時(shí)器555與rc組成的多諧振蕩器。參考電路圖如圖所示 555_virtualtimergnddisoutrstvccthrcontri28.86k?r157.72k?r2100?rl10nfc10nfcf5vvs 圖十六 多諧振蕩器輸出波形圖如下所示： 振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的準(zhǔn)確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用成品振構(gòu)成振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。如果精度要求不高也可采用集成邏輯門與rc組成的時(shí)鐘源振蕩器或由集成定時(shí)器555與rc組成的多諧振蕩器。這里選用555組成的多諧振蕩器，多諧振蕩器的頻率

17、可以設(shè)為為f0=1000hz。2循環(huán)序列發(fā)生器兩個(gè)16進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成了一個(gè)64進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，由于是64秒改變一種狀態(tài)，所以用從右開始數(shù)的前二片74ls163組成一個(gè)64位加法計(jì)數(shù)器（按164進(jìn)行把2個(gè)74ls163組裝計(jì)數(shù)器），每循環(huán)一次64位產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸入到第三個(gè)74ls163，第三個(gè)74ls163是一個(gè)4位加法計(jì)數(shù)器，并通過(guò)它來(lái)控制預(yù)置控制電路中的4個(gè)73ls373的使能端，從而決定輸入的每種初態(tài)。用最左邊的74ls163組成一個(gè)4進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器。電路圖如下： 圖十七 循環(huán)序列發(fā)生器電路3）預(yù)置控制電路：74ls373構(gòu)成預(yù)置控制電路部分，因?yàn)榇嬖?種不同的初態(tài)，考慮到74ls37

18、3的高阻態(tài)而且它擁有8個(gè)輸出端正好符合要求，所以我們可以把這4種初態(tài)預(yù)先寄存在此。由于使能端關(guān)閉時(shí)74ls373的輸出是呈現(xiàn)高阻態(tài)所以可以把他們的輸出端直接相互連在一起然后分別送至2個(gè)74ls194移位寄存器的輸入端。電路圖如下：圖十八 預(yù)置控制電路部分4）控制顯示電路體現(xiàn)了題目要求的4種初態(tài)，64秒變換的方式圖十九 控制顯示電路五、總體設(shè)計(jì)電路圖在multism2001中仿真此電路，64位的加法計(jì)數(shù)器每完成一次64計(jì)數(shù)，就會(huì)產(chǎn)生個(gè)進(jìn)位信號(hào)，這個(gè)進(jìn)位信號(hào)會(huì)控制4進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)端使其計(jì)數(shù)，4進(jìn)制的法計(jì)數(shù)器沒(méi)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)會(huì)和那個(gè)64位的進(jìn)位信號(hào)一起通過(guò)一系列ttl門電路到達(dá)73ls373控制的

19、預(yù)置電路。通過(guò)控制其使能端來(lái)控制初態(tài)的導(dǎo)入。我把4種不同的初態(tài)接到了兩片74ls194的輸入端，考慮到題目是要求右移，我把s1的直接和64位的進(jìn)位信號(hào)端接到了一起，把s0一直接高電平。有進(jìn)位信號(hào)時(shí)，s0s1是11會(huì)把一種 初態(tài)置進(jìn)去。01時(shí)又會(huì)實(shí)現(xiàn)右移。自動(dòng)預(yù)置4種不同的初狀態(tài)，每隔64秒改變一種，并在這四種初狀態(tài)循環(huán)，使得彩燈定時(shí)改變顯示的效果，四種不同的初狀態(tài)為：00001111，00010001，00110011，0111011164秒變換一種初態(tài)，變換初態(tài)后的64秒內(nèi)是一直在循環(huán)右移的。依次往復(fù)運(yùn)行。經(jīng)過(guò)對(duì)以上各個(gè)步驟的總結(jié)可以的到最終的結(jié)果，通過(guò)軟件對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行仿真，驗(yàn)證本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性?？傮w的電路圖和仿真結(jié)果如下：六、課程設(shè)計(jì)心得課程設(shè)計(jì)剛開始，拿著選定的題目不知如何入手。畢竟課程設(shè)計(jì)不同于實(shí)驗(yàn)課，電路圖都要自己設(shè)計(jì)