双色循环方式彩灯控制器Word格式.docx
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一、摘要……………………………………………………3
二、课题构思………………………………………………3
三、方案设计………………………………………………4
四、单元设计………………………………………………5
五、电路工作原理…………………………………………9
六、体会……………………………………………………9
七、参考文献………………………………………………10
一、摘要
循环彩灯的电路很多,循环方式更是五花八门，而且有专门的可编程彩灯集成电路。
绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。
本次设计的双色循环彩灯控制器就是用计数器和译码器来实现，其特点用双色发光二极管，能发红色和绿色两色光.
二、课题构思
1、用中小规模集成电路设计一台彩灯控制器。
用计数器和译码器设制作一个双色三循环方式彩灯控制器。
2、控制器有8路输出，每路用双色发光二极管指示.
3、控制器有3重循环方式:
方式A：
单绿左移--—单绿右移——-单红左移———单红右移；
方式B：
单绿左移———全熄延时伴声音；
方式C：
单红右依—--四灯红闪，四灯绿闪延时。
4、由单刀掷开关控制3种方式,每种方式用单色发光二极管指示.
5、.两灯点亮时间约在0.2～0。
6S间可调，延时时间约在1~6S间可调。
6、要求用10V电源设计。
三、方案设计
近年来，由于中，大规模集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化.在设计中更多的使用中.大规模集成电路,不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。
因此，双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下：
1,根据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统,单元的数目不宜太多,每个单元也不能太复杂,以方便检修。
2，每个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件构成单元电路。
3,考虑各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作需求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常，协调工作。
1、基本原理
设计任务中所要求的3种循环方式并不复杂，用中小规模集成电路就能实现。
本控制应由方式选择，振荡器，控制电路，延时电路，蜂鸣器等组成，其框图如图1所示：
图1双色三循环方式彩灯控制器框图
2、计数器和译码器
本控制器的核心器件为计数器和译码器,分别采用CMOS中规模集成电路CC4516和CC4514。
CC4516为16脚双列直插的中规模集成可预置数的4位二制加/减计数器（单时钟），其引脚如图2所示。
CC4516有5中功能:
置数，清零，不计数，加计数，减计数，具体功能如表1所示。
CC4514是4为锁存/4线-16线译码器，其输出为高电平有效。
CC4514具有数据锁存，译码和禁止输出3种功能。
数据锁存功能由EL端施加电平实现,EL=0时，O0~O15保持EL置“0”前的电平；
禁止端）E为高电平时，O0~O15全为低电平;
因此，CC4514作为译码器使用时,EL应接高电平，E应接低电平,CC4514的外引脚如图3所示。
图2CC4514引脚图
CP
CE
UP/DN
PL
MR
功能
×
1
置数，既把数P3P2P1P0送O3O2O1O0中
清零，即O3O2O1O0全为零
不计数，即O3O2O1O0保持不变
加数器
减数器
表1CC4516功能表
四、单元设计
1、LED显示电路
LED显示电路如图3所示.
O15O14O13O12O11O10O9O8
O0O1O2O3O4O5O6O7
图3LED显示电路
O0）～O15为译码器的输出。
4514共有16个输出，而双色发光二极管只有8个，因此每两个输出接同一个发光二极管，接法如图3所示。
发光二极管为双色三极发光二极管,其限流电阻有3种连接方法（16个限流电阻,8个限流电阻，1个限流电阻）,本控制器采用8个限流电阻的方法。
发光二极管的极限电流一般为20~30mA，发光二极管的压降约为2V,通过发光二极管的电流可取为10～15mA，以保证发光二极管有足够的亮度，而且这样又不易损坏发光二极管。
2、振荡器
振荡器有多种振荡器电路，图4所示的振荡器比较简单常用，其中（a）图为CMOS非门构成的振荡器，（b）图为555构成的振荡器。
CMOS非门构成的振荡器的振荡周期T=1。
4RC，555构成的振荡器的振荡周期T=0.7（R1+2R2）C。
图4振荡器
3、触发器
循环方式A的设计思路如下：
PL=1UP/DN=1UP/DN=0UP/DN=1
起始计数（置“1000"
）加数器O15时计数器O0时计数器
本循环彩灯控制器方式A的设计难点就是控制电路（循环功能能否实现在于控制电路是否起作用）。
要实现循环功能，计数器既要加法计数，也要减法计数，即加法计数到O15时变为减法计数，减法计数到O0再变为加法计数，这可用触发器控制计数器的UP/DN端来实现。
图5所示为由D触发器构成的二分频电路，O15和O0作为时钟信号，一个时钟触发器的状态翻转一次。
图6（b）是利用D触发器的直接置“1"
端和直接置“0”端来实现触发器的状态转换。
图5（c）和（d）是由门电路组成的基本RS触发器,图5（c）RS输入为高电平有效，因此O15和O0可直接作为S与R的输入。
图5（d）输入为低电平有效，O15，O0反向后作为触发器输入。
除以上几种电路外,也可以直接用RS触发器或JK触发器来实现。
经实践,图5所示的几种电路都能达到控制的作用。
（a）（b）
（c）（d）
图5触发器控制电路
4、延时电路
循环方式B的设计思路如下：
PL=1UP/DN=1E=1
置1000加计数器O15时延时
延时电路可采用单稳态电路，O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号.根据功能要求。
可采用微分型单稳态电路，555构成的单稳态电路及分立元器件构成的单稳态电路，而下降沿触发的与非构成的微分型单稳态电路和555构成的单稳态电路较为理想。
图6为与非构成的微分型单稳态电路，其中Cd，Rd为微分电路,当ui为窄脉冲触发时，Cd和Rd可省略。
O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号，因此O15要经微分和限幅后再触发单稳态电路。
延时时间有RC决定.
555构成的单稳态电路如图7所示,C1R1和VD起微分限幅作用。
因此本电路要求低电平触发，没有触发的时候555的第2脚要为低电平，所以要接R2,对于R1和R2的阻值比要求比较严格，要保证没有触发的时候第2脚电压大于1/3VDD,触发的时候电压小于1/3VDD。
延时时间由RP和C2决定。
图6微分型单稳态电路图7555构成的单稳态电路
在循环方式C中，要实现单红右移，计数器应从“0000”开始递增，因此应先清零再加法计数.根据计数器和译码器本身无法使输出实现四灯红闪，四灯绿闪,因此,可通过延时电路给8个双色发光二极管加上振荡信号来解决。
方式C的循环过程可表示为：
MR=1UP/DN=1E=1
消零加计数器O7时延时
在设计时要注意，要求是在同一个电路中通过方式选择来实现3种循环功能，而不是设计3个电路。
3种循环方式要互相隔离，如按方式A工作时则不能有方式B现象出现,因此可采用双向模拟开关CC4066进行隔离。
五、电路工作原理
选择方式A,指示LED8灯亮，VD19导通,开关刚接通瞬间C4短路，IC2的PL＝1，IC2计数器置数“1000”，电源接通瞬间，C2短路，触发器直接置零R＝1，即IC2的UP/DN=1，j计数器从“1000”开始计数，C2充电结束后，触发器R＝0,不起作用。
当计数器到”1111”，O15＝1，VD2导通，同时IC4A倒通，触发器翻转，UP/DN＝0，计数器递减计数。
选择方式B,指示灯LED9亮，VD20导通，开光刚接通瞬间,C4短路，PL＝1，IC2计数器置数“1000”，电源接通顺间，C2短路，触发器R＝1，触发器直接置零,UP/DN＝1，计数器从”1000”开始计数，IC4A断开，D触发器输出不变,UP/DN一直为一，计数器始终递增计数。
当计数到“1111”时，O15＝1,IC8B导通,当O15从高电平变为低电平时，触发单稳态电路,IC6输出变为高电平,E=1，灯全部熄灭,IC8C导通，CT1导通，蜂鸣器响。
延迟时IC4C导通，PL＝1，计数器始终在置数“1000”，延迟结束时，E＝0，计数又从“1000”开始计数.
选择方式C,指示灯LED10亮，开关刚接通瞬间，C3短路，MR＝1，IC2计数器清零,电源接通瞬间，C2短路,触发器R＝1，触发器直接置零，UP/DN＝1，计数器从“0000”开始计数，当计数器到“0111"
时，O7＝1,因IC8A导通，当O7从高电平变到低电平时，触发单稳态电路，IC6输出为高电平，E＝1，IC3的O0～O15输出全为低电平，IC4B导通，延迟时计数器清零，IC7与非门输出脉冲信号，VT2发射级输出脉冲信号送到双色发光二级管，使8盏灯四灯红闪四灯绿闪。
延迟结束，计数器又从“0000”开始计数
六、体会
在课程设计的过程中,较多的时间是用来查阅资料，因为还是第一次做电子课程设计，图书馆的资料很有限，所以一般通过网上查阅,在此查阅期间，我学会了怎样使用超星阅读器和PDF阅读器。
在调试过程中，故障是不可避免的，或者正如老师所说没有故障反而还不正常。
产生故障的原因很多,情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的上多种原因相互作用引起的复杂故障，因此需要掌握故障的一般诊断方法，故障诊断过程就是以故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的过程。
对于一个复杂的系统来说,要在大量的元器件和线路中迅速，准确地找出故障是见很不容易的事。
要通过对原理图的分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测量找出故障模块，然后再对故障模块内部加以测量找出故障，查找故障,分析故障和排除故障，这样可以提高我分析问题和解决问题的能力，因此,我把他看成是一次好的学习机会.
通过电子线路课程设计，我了解了电子产品设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能用仿真软件对电子线路进行仿真设计，能用Portel等软件绘制PCB图,掌握了电子电路调试的方法，能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题，能正确选用元器件与材料，能对所设计电路的指标和性能进行测试并提出改进意见，能查阅各种有关手册和正确编写设计报告.
由于这次的课程设计是一个人单独作一个课题,所以我是采用以自学为主的学习方法。
在学完《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》课程之后,我已经具有了一定的理论基础，实践技能和自学能力。
在复习和课程设计任务有关的单元电路，理清头绪，按照电子电路的一般设计步骤进行设计。
虽然一个人做有点困难，途中不知碰到了多少难题，由于是我自己解决的，所以在解决这些实际难题中得到了很大的提高。
七、参考文献
1：
陈晓文主编。
电子线路课程设计.北京：
电子工业出版社，2004
2：
李银华主编.电子线路设计指导。
北京：
北京航空大学出版社，2005
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