花樣彩燈電路的設(shè)計(jì)與制作

1、明達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))20102011學(xué)年度信息工程系電子信息工程技術(shù)專業(yè)班級(jí) 08電信（1）班 學(xué)號(hào)43083110課題名稱花樣彩燈電路的設(shè)計(jì)與制作 學(xué)生姓名 張旻旻 指導(dǎo)教師楊定成 2010 年12月24日花樣彩燈電路的設(shè)計(jì)與制作作者 張旻旻【摘 要】花樣彩燈控制電路。主要用于節(jié)日裝飾，其電路簡單、取材容易,無需調(diào)試。彩燈控制器的第一種花樣為彩燈從左向右移動(dòng)逐次點(diǎn)亮;第二種花樣為彩燈從左向右移動(dòng)逐次點(diǎn)亮;第三種花樣為彩燈四亮四滅。【關(guān)鍵詞】彩燈電路 移位寄存器 同步計(jì)數(shù)器 序言隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化。在許多場合可以看到彩色流水燈，LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造

2、價(jià)以及控制簡單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚，用555 / 74LS194 / 74LS160 / 74LS00集成塊制成的電路，能實(shí)現(xiàn)多種發(fā)光功能。動(dòng)態(tài)霓虹燈應(yīng)該聚而不散、不能為了追求“跳躍”而給人凌亂的感覺，不管采用何種色彩，何種圖案，都應(yīng)該有順序的漸變和跳躍。給受眾一種秩序感、主次感、并便于受眾順著有規(guī)律的節(jié)奏接著看第二次、第三次。在設(shè)計(jì)制作時(shí)，既要給人以變換的吸引力，又要主次分明。沒有色彩和圖案紊亂的感覺。變換、閃爍、跳躍式的霓虹燈也能營造歡樂、多姿多彩的生活。第一章 設(shè)計(jì)方案選擇與確定在本次花樣彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)與制作中我們通過比較和實(shí)地材

3、料的考慮，看哪個(gè)方案最貼近我們的設(shè)計(jì)要求的話就把該方案設(shè)為我們的最終方案。1、設(shè)計(jì)方案一2HZ脈沖信號(hào)8位雙向移位寄存器8進(jìn)制計(jì)數(shù)器四2輸入正與非門本電路采用555時(shí)基電路、4位雙向移位寄存器74LS194、十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160、輸入正與非門74LS00。從多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器；另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動(dòng)的速度，得到不同的動(dòng)態(tài)效果。2、設(shè)計(jì)方案二電源多諧振蕩器四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器雙四輸入多路器LED發(fā)光管移位寄存器高速硅柵由4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC93、雙上升沿觸發(fā)器74HC74

4、、雙4-1線數(shù)據(jù)選擇器74HC153、8位移位寄存器74HC164、555時(shí)基電路以及穩(wěn)壓電路7805等組成的 花樣彩燈控制電路圖，該電路能進(jìn)行4種花樣自動(dòng)變換，經(jīng)常應(yīng)用于裝飾中。NE555與相關(guān)電容電阻等組成多諧振蕩器，用來產(chǎn)生振蕩脈沖，調(diào)節(jié)電位器就可以改變振蕩頻率，即改變燈光的移動(dòng)速度。多諧振蕩器輸出的脈沖分別加在74HC93與74HC164的CP端。74HC93被接成16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其4個(gè)輸出端可分別輸出對計(jì)數(shù)脈沖的2、4、8、16分頻信號(hào)，該信號(hào)被傳輸?shù)?4HC153的數(shù)據(jù)輸入端。3、方案的確定我將第一種和第二種方案比較之后覺得第一種方案更適合設(shè)計(jì)思想，更能體現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。能實(shí)現(xiàn)任

5、務(wù)書中，要求用數(shù)碼管顯示搶答者序號(hào)的要求 。同時(shí)根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的精神“電路最簡單，調(diào)試最方便，元器件來源有保障，安全可靠，成本最低”，同時(shí)也為了貫徹畢業(yè)設(shè)計(jì)的“創(chuàng)新，挑戰(zhàn)自己”的宗旨，對于上述的兩種方案我進(jìn)行了比較。綜合各方面因素考慮，設(shè)計(jì)方案一充分的滿足了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)在元器件來源上可以得到保障，最終決定用設(shè)計(jì)方案一進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。 第二章 單元電路的設(shè)計(jì)一、主電路的工作原理本電路采用555時(shí)基電路、4位雙向移位寄存器74LS194、十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160、輸入正與非門74LS00組成8進(jìn)制和4進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每4S、8進(jìn)制計(jì)滿，并向4進(jìn)位進(jìn)1。表1S1S0工作狀態(tài)0XX置零1

6、00保持101右移110左移111并行輸入04S =0 置零 燈全熄48S S1S0=0 1 (片1 )194的SR線1，從左向右燈亮812S S1S0=1 0 (片2)DIL(SL)線1，從右向左燈滅1316S S1S0=1 1 并行輸入全1，燈全亮從多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器；另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動(dòng)的速度，得到不同的動(dòng)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(gè)電子開關(guān)。多諧振蕩器輸出的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)雙D觸發(fā)器兩位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在它的兩個(gè)輸出端得到00、01、10、11四種邏

7、輯狀態(tài)。這四個(gè)狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個(gè)數(shù)據(jù)通道選擇信號(hào)，對應(yīng)從模十六計(jì)數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)選擇器的QA，QB，QC，QD四個(gè)分頻信號(hào)。其作用相當(dāng)于一個(gè)受控的一刀四位的機(jī)械轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)雙D觸發(fā)器輸出為“00”時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出10000000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣一；為“10” 時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出11000000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣二；為“01” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出11110000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣三；為“11” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出0000序列脈沖，為十六分頻信號(hào)，實(shí)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(shí)間用以選擇每種花樣出現(xiàn)時(shí)間的長短。

8、數(shù)據(jù)選擇器的輸出端接移位寄存器的輸入端，在時(shí)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(dòng)。移動(dòng)的八位控制信號(hào)直接控制發(fā)光二極管的亮滅，就出現(xiàn)了花樣自動(dòng)循環(huán)切換的流水彩燈。二、555定時(shí)器555定時(shí)器又稱時(shí)基電路，是一種數(shù)字、模擬混合型中規(guī)模集成電路。由于內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)儀使用了三個(gè)5K歐的電阻，故取名為555電路。其電路類型有雙極型的，稱為555。但從表面上看，有單片的，也有同一集成塊內(nèi)封裝了兩個(gè)獨(dú)立的555電路，稱為雙555，代號(hào)為556或7556。雙極型555的電源電壓Vcc=+5V+15V，輸出最大電流可達(dá)200mA，推動(dòng)一個(gè)繼電器線圈，喇嘛，蜂鳴器可不加功率驅(qū)動(dòng)。N

9、E555是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。NE555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖555時(shí)基集成電路內(nèi)部一共集成了21個(gè)晶體三極管、16個(gè)電阻、4個(gè)二極管、組成了兩個(gè)電壓比較器、一個(gè)RS觸發(fā)器、一個(gè)放電晶體管和一個(gè)由3只全等電阻組成的分壓器。555時(shí)基集成功能框圖如圖3劃線部分所示，圖中A1、A2是兩個(gè)高增益的電壓比較器，它們的輸出端分別接到觸發(fā)器的R端（置“0”端）和S端（置“1”端）；VT是放電晶體管;R1、R2、R3阻值相等，均為5K歐，組成分壓器，555的名稱可能就因此而來。圖1 555時(shí)基電路內(nèi)部電路功

10、能框圖及引腳圖A1稱為上比較器，A2成為下比較器，由于R1、R2、R3阻值相等，因此集成塊的5腳即控制端電位固定在2VDD/3上（VDD為時(shí)基集成電路的工作電源電壓），6腳作為高電平輸入端。同理，下比較器A2的同相輸入端電位被固定在上，反相輸入端即2腳作為觸發(fā)端。A1與A2的輸出端分別送到觸發(fā)器（即雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）的復(fù)位端R（即置“”0）和置位端S（即置“1”），以控制輸出端(3腳)的電平狀態(tài)和放電管的導(dǎo)通與截止。三、同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160  用于快速計(jì)數(shù)的內(nèi)部超前進(jìn)位；可以N位級(jí)聯(lián)的進(jìn)位輸出；能夠?qū)崿F(xiàn)同步可編程序；有置數(shù)控制線功能；能夠?qū)崿F(xiàn)二極管箝位輸入；可以進(jìn)行直接清零；同

11、時(shí)可以進(jìn)行同步計(jì)數(shù)。圖2 74LS160引腳圖74LS160的預(yù)置是同步的，當(dāng)置入控制器為低電平時(shí)，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3一致，對于74LS160，當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端CEP、CET為高電平。則應(yīng)避免由低至高電平的跳變。從而74LS160無此種限制。160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)CEP、CET為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下Q0-Q3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，對于74160，只有當(dāng)CP為高電平時(shí)CEP、CET才允許由高至低電平的跳變，而74160的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。160有超

12、前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端輸出一個(gè)高電平脈沖，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，對于74LS160在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。四、移位寄存器74LS194移位寄存器74LS194的控制輸入端S1和S0是用來進(jìn)行移位方向控制的，S0為高電平時(shí)，移位寄存器處于向左移位的工作狀態(tài)，二進(jìn)制數(shù)碼在CP脈沖的控制下由高到低逐位移入寄存器，因此可以實(shí)現(xiàn)串行輸入；在S1為低電平時(shí)，移位寄存器處于向右移位的工作狀態(tài)，二進(jìn)制數(shù)碼在CP脈沖的控制下逐位移出寄存器(低位在前，高位在后)。 在串行輸入、并行輸出的轉(zhuǎn)換中，若將四位二進(jìn)

13、制數(shù)碼全部送入寄存器內(nèi)（四位寄存器）。由于每個(gè)CP脈沖移位寄存器只移一位，四位二進(jìn)制數(shù)碼需要四個(gè)CP脈沖。但若四位二進(jìn)制數(shù)碼還含有其它檢驗(yàn)碼(如奇偶校驗(yàn)碼)，則總數(shù)碼有幾位就需要幾個(gè)CP脈沖。雙向移位寄存器主要用于二進(jìn)制數(shù)碼的存儲(chǔ),它既可并行輸入數(shù)碼,也可串行輸入數(shù)碼,同時(shí)還可將存儲(chǔ)的數(shù)碼左移或右移1位。利用其串行輸入及雙向移位特性,配合集成電壓比較器,可構(gòu)成性能優(yōu)良的自動(dòng)量程選擇電路。圖3第三章 電路安裝與調(diào)試按原理圖所示的電路結(jié)構(gòu)及元器件實(shí)際尺寸，設(shè)計(jì)合適的通用電路板，并插接元器件。本次設(shè)計(jì)的電路看似簡單，但實(shí)際上涉及到的內(nèi)容非常多，既是一次挑戰(zhàn)又是一次難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。在老師的悉心指導(dǎo)下，

14、重新分析并檢查電路，這是一個(gè)艱難漫長的過程，也是以很好的鍛煉過程，提高了我的查找問題、分析問題、解決問題的能力在這個(gè)檢查過程中最重要的一個(gè)部分就是由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，顧名思義多諧振蕩器是起振蕩作用的，因此就涉及到干擾問題，如果導(dǎo)線連接得過多過長就會(huì)產(chǎn)生干擾，而無法產(chǎn)生脈沖信號(hào)，導(dǎo)致滑動(dòng)變阻器無效，電源電壓不經(jīng)過電路直接輸出。還有74LS194組成 8位雙向移位寄存器，74LS194移位寄存器的控制輸入端S1和S0是用來進(jìn)行移位方向控制的，S0為高電平時(shí)，移位寄存器處于向左移位的工作狀態(tài)，二進(jìn)制數(shù)碼在CP脈沖的控制下由高到低逐位移入寄存器，因此可以實(shí)現(xiàn)串行輸入；在S1為低電平時(shí)，移位

15、寄存器處于向右移位的工作狀態(tài)，二進(jìn)制數(shù)碼在CP脈沖的控制下逐位移出寄存器(低位在前，高位在后)。74LS160與與非門組成8進(jìn)制和四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以一定要注意把他們接好。每個(gè)集成塊必須接地和接電源，否則有可能燒壞，現(xiàn)象就出不來了。 在認(rèn)真檢查完電路并替換元器件之后，適當(dāng)調(diào)整。接通電源后，電路就可以正常工作了，用萬用表測量輸出電流和電壓是否在理論值范圍之內(nèi)。在連電路過程中還有重要的一點(diǎn)工藝，一定要美觀大方，這樣做出來的作品更像藝術(shù)品，符合設(shè)計(jì)理念。數(shù)據(jù)：555：T=0.41S F=2.44HZ 74LS160: T=0.46S F=2.2HZ (11腳) T=14S F=0.071 (13腳)

16、T=7.2S F=0.14HZ(14腳) 74LS194: T=0.42S F=2.4HZ心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)是花樣彩燈電路的設(shè)計(jì)與制作，運(yùn)用的是學(xué)過的數(shù)字電路和模擬電路的知識(shí)。在電路方面，我對74LS194、74LS160、74LS00內(nèi)部結(jié)構(gòu)不是很了解，在網(wǎng)上查了很都資料才對其有一定的了解，通過本次花樣彩燈電路的設(shè)計(jì)，真正體驗(yàn)到了一個(gè)設(shè)計(jì)從前期的找資料到后來的制板，自己焊接，自己調(diào)試這樣一個(gè)一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程。在這個(gè)過程里將以前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合的運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)了自己很多不足的地方，理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的距離也充分的體現(xiàn)了出來。當(dāng)然，更多的是學(xué)到了很多的東西，為以后的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。 在這次

17、設(shè)計(jì)過程中，我們不僅鞏固了專業(yè)知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了許多專業(yè)以外的知識(shí)，我們嘗試到了各種酸、甜、苦、辣，也學(xué)到了許多寶貴的東西，例如文化知識(shí)、交際能力、團(tuán)隊(duì)精神、動(dòng)手能力、合作能力等。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)在楊老師的幫助下得以完成，真的感謝老師這么多天來在這么冷的天里不畏嚴(yán)寒帶領(lǐng)我們做好畢業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，為我們指出很多錯(cuò)誤的地方，不厭其煩的指導(dǎo)我們。讓我們此次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以圓滿完成。在此我向楊老師表示最真誠的感謝?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1張慶雙. 燈光控制經(jīng)典實(shí)用電路. 機(jī)械工業(yè)出版社，2007。2童詩白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分） 北京：高等教育出版社，1988。3張志悅. 數(shù)字電路設(shè)計(jì)與實(shí)用電路. 廣州:華南理工大出版社.