四色循环彩灯控制器Word下载.docx

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摘要

本设计共用了六块芯片实现了循环彩灯的功能.通过外接一个5V的直流电源，减少变压整流步骤，简化了电源。

以计数器和位移寄存器作为核心器件,采用几个基本的数字集成的74系列（74LS93,74LS153,555）芯片来完成所需要的数字逻辑显示功能。

用555定时器，产生振荡信号，为计数器和位移寄存器提供工作脉冲；

用D触发器自动控制彩灯的花样作为控制电路；

用了双色发光二极管作为显示电路，发出发红色和绿色两色光，这也是本电路的特点。

关键字：

计数器数据选择器移位寄存器彩灯显示电路

—————————————目录

第一章．.课程设计任务书………………………………….….……...4

1.1．设计题目………………………………………………………….4

1.2．课题意义………………………………………………………….4

1.3.设计要求……………………………………………….………….4

1.4.设计内容……………………………………………….………….4

1.5.课题实现方法…………………………………………………….4第二章．设计任务和要求…………………………………………...6第三章．所用元件清单………………………………………..…...…..7第四章．方案设计与单元设计………………………………...….…..8

4.1基本原理………………………………………………..…….…...8

4.2．单元电路……………………………………………..……...……9

第五章．总电路图的设计……………………………………….……14

5.1．工作原理…………………………………………………….…..14

5.2仿真的总电路图…………………………………………..…..…15

第六章．学习心得……………………………………………...……...16

第七章．参考文献…………………………………………..………....17

课程设计任务书

2011-2012学年第二学期

1.1．设计题目：

完成期限：

自2012年6月1日至2012年6月14日共两周

设计依据、要求及主要内容：

1.2．课题意义：

本课题利用电子技术知识设计出彩灯装饰控制器，该控制器有4路输出，该输出不是简单的4路彩灯依次循环点亮，而是产生多种花样，它能使4路彩灯以“依次点亮——递增点亮——闪亮…….”等多种花样闪烁，可用于家和商铺的节日装饰。

通过本课题练习，学生对综合知识应用能力、设计能力将有较大提高，对今后从事电子产品的研制、生产、经营维修等打下基础。

1.3、课题实现方法：

本课题利用电子技术设计节日装饰彩灯电路，可以先查阅相关资料（网上查找或参考相关书籍手册）；

在理解的基础上确定设计方案，赃出完整的电路，提交课程设计说明书一份。

1.4、设计内容：

1.用555定时器与外围电阴、电容等元件设计出振荡频率可调的超低频振荡器；

脉冲分配输出电平控制电平控制晶闸管的开合，实现4路彩色灯串循环实现花样闪烁，给人们带来视觉上的动感效果。

2.设计要求画出电路原理图；

标元器件及参数选择；

3.设计过程中，能发现问题和并解决问题

4.编写设计报告，写出设计过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

1.5、设计要求：

1.设计电源电路和超低频脉冲振荡电路；

2.合理连接计数器使之控制后续彩灯电路的工作，一个周期后能够自动复位，实现循环；

3.设计晶闸管、彩灯连接方式电路。

第二章、设计任务和要求

（一）用数字集成器设计一款多路循环彩灯控制器，其中彩灯用发光二极管模拟

（二）彩灯控制器，能控制8路彩灯完成4种花样的循环变换：

彩灯一亮一灭，从左向右移动；

彩灯两亮两灭，从左向右移动；

彩灯4亮4灭，从左向右移动；

各路彩灯从左向右逐路全部点亮后，又从右向左逐路熄灭

第三章、所用元件清单

元件

数量

74LS93N（四位二进制加法计数器）

1个

74HC164N（单向移位寄存器）

1个

74HC153（双4选1数据选择器）

1个

74LS74（双D触发器）

双色发光二极管

8个

NPN型三极管（9013）

8个

555定时器 

2个

0.01μf 

涤纶电容

0.1μf 

电解电容

1kΩ电阻

8个

510Ω 

电阻

30kΩ 

2MΩ 

1MΩ 

2M（粗调）电位器

1M（粗调）电位器

万能板

万用表

导线

10条

第四章、方案设计与单元设计

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.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.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.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。

4.1基本原理

设计任务中所要求的4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，控制电路等组成，其框图如图1所示：

图

（1）四路循环方式彩灯控制器框图

4.2．单元电路

（1）计数器、数据选择器和位移寄存器

本控制器的核心器件为计数器、数据选择器和位移寄存器，分别采用TTL中规模集成电路74LS93（4位二进制加法计数器）74LS153（双4选1数据选择器）和74LS164（单向位移寄存器）

计数器IC3通电工作后，对输入的计数脉冲进行计数分频处理，从其QA（12脚）、QB（9脚）QC（8脚）、QD（11脚）分别输出计数脉冲的3次，4次，8次，16次分频信号。

数据选择器IC5相当于一个受控的单极4位转换开关。

当双D触发器IC4输出的逻辑状态数据为“00”时，IC5的6脚与7脚之间的开关接通，其输出端输出2次分频信号。

当IC4输出的逻辑状态数据为“11”时，IC5的3脚与7脚之间的开关接通，其输出端输出16分频信号。

数据选择器IC5第7脚输出的数据信号从位移寄存器IC6的输入端加入。

IC6在移位时钟脉冲的控制下，其Q0~Q7输出端输出灯光控制信号。

当某输出端输出高电平时，该输出端外接的晶体管都导通，该路彩灯被点亮。

例如位移寄存器IC6的Q1端输出高电平时，V2导通，第2路彩灯LED2点亮。

图

（2）计数器、数据选择器和位移寄存器组合电路

（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）图为石英晶体构成的振荡器，（c）图为555构成的多谐振荡器。

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。

我们最终是选择了555构成的振荡器，因为555使用起来方便、简单。

图（3）CMOS非门构成的振荡器（a）

图（3）石英晶体振荡器（b）

图（3）555构成的多谐振荡器（c）

多谐震荡器IC1震荡工作后，从IC1的3脚输出低频震荡信号，一路作为4位二进制加法计数器IC3的计数脉冲，另一路作为单向位移寄存器IC6的移位时钟脉冲。

而。

多谐震荡器IC2震荡工作后，从IC2的3脚输出超低频震荡信号，作为双D触发器IC4的计数脉冲。

（3）控制电路

控制电路我们也想了两种方案，一种是手动控制4种花样，另一种是用中规模集成芯片来控制4种花样。

我们选择了第二种方案。

第一种方案是用由单刀掷开关控制4选1数据选择器的两个控制端A和B，从而控制4种循环方式，每种方式用单色发光二极管指示.

第二种方案是用一个双D触发器来控制数据选择器的AB端，如图（4）

图（4）

双D触发器IC4对输入的计数脉冲进行两位二进制计数后，从其两个输出端（5脚和9脚）产生4个逻辑状态数据（即“00”、“01”、“10”、“11”），这个状态作为IC的4个数据通道选择信号，对应于IC2振荡器IC3输（QA~QC）输出的4个分频信号。

（4）LED显示电路

LED显示电路由若干个限流电阻（R3-R18）、8个晶体管（V1—V8）和8个双色发光二级管（LED1-8）组成。

图（5）显示电路

第五章、总电路图的设计

5.1．工作原理

该彩灯控制器由电源电路、多谐震荡器A、多谐震荡器B、十六进制分频计数器、两位两进制加法计数器、4选1数据选择器、移位寄存器和LED显示电路组成。

多谐震荡器A由时基集成电路IC1和电阻器R1、电位器RP1、电容器C5、C6组成。

多谐震荡器B由时基集成电路IC2和电阻器R2、电位器RP2、电容器C7、C8组成。

十六进制分频计数器电路采用4位二进制计数器集成电路IC4。

4选1数据选择器电路采用双4选1数据选择器集成电路IC5。

移位寄存器电路采用8位单向移位寄存器集成电路IC6。

LED显示电路由电阻器R3~R18、晶体管V1~V8、共阴彩灯LED1~LED8组成。

接同直流电源+5V，供给IC1~IC6。

从多谐震荡器IC1的3脚输出低频震荡信号，一路作为IC3的计数脉冲，另一路作为IC6的移位时钟脉冲。

IC3通电工作后，对输入的计数脉冲进行计数分频处理，从其QA（12脚）、QB（9脚）QC（8脚）、QD（11脚）分别输出计数脉冲的3次，4次，8次，16次分频信号。

多谐震荡器B震荡工作后，从IC2的3脚输出超低频震荡信号，作为IC4的计数脉冲。

IC4对输入的计数脉冲进行两位二进制计数后，从其两个输出端（5脚和9脚）产生4个逻辑状态数据（即“00”、“01”、“10”、“11”），这个状态作为IC的4个数据通道选择信号，对应于IC3输出端（QA~QC）输出的4个分频信号。

IC5相当于一个受控的单极4位转换开关。

当IC4输出的逻辑状态数据为“00”时，IC5的6脚与7脚之间的开关接通，其输出端输出2次分频信号。

IC5第7脚输出的数据信号从IC6的输入端加入。

调整RP1的阻值，可以改变多谐震荡器A的震荡频率，从而改变灯光的移动速度，得到不同的动态灯光效果。

调整RP2的阻值，可以改变IC2输出脉冲的周期，从而改变IC5内开关电路的切换时间，改变选择每种花样出现时间的长短。

5.2仿真的总电路图

图（6）总电路图

第六章．学习心得

经过这次课程设计后，我发现始我的知识只是局限于书本，实践能力远远不够。

真真正正要动手的时候，我甚至连芯片长什么样子都不懂，要买什么元件也不知道怎么买，虽然我知道元件的名字和符号。

这次课程设计让我感觉到知识是活的而不是死的，学了知识最主要的是要懂的如何运用而不是如何去做题，题目做得再好，试卷上拿再高的分也不如真正做出一个作品来。

所以，我认为学知识重要，学会如何运用知识更重要。

其次，这次课程设计我还获得了许多东西。

社会离不开人，社会更离不开团体。

在这次课程设计中，我们小组有三个人，我们分工不同，各自都有自己的特长，买元件，布线，焊接，检查，调试我们都发挥了各自的作用，正是我们的完美合作，我们才把我们的作品做出来了。

虽然过程我们有不同的意见，也发生过争吵，但从中我们得到了不同的知识。

也正是有不同的意见，我们才有最终的最优方案。

这次课程设计让我学会了许多东西，也让我对制作电子作品产生了极大地兴趣。

电子制作过程难免会出现一些问题，但是经过自己的努力，通过运用所学到知识和不断查阅书籍来解决问题，这种喜悦是无与伦比的。

兴趣是知识的动力，我相信有了兴趣之后加上我的不断努力，我一定可以把我的专业学得更好，在这领域开阔一方天地。

第七章．参考文献

1、张庆双主编，《灯光控制应用电路集粹》，机械工业出版社

2、余孟尝主编，数字电子技术基础简明教程（第三版），高等教育出版社

3、从宏寿、李绍铭编著，电子设计自动化—Multilim在电子电路与单片机中的应用，清华大学出版社