多彩循环彩灯控制器设计Word格式.docx
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通过编写相应的程序从而实现在三种工作状态之间的切换。
设计框图如图所示：
图多彩循环彩灯控制器设计方案二系统框图
方案设计
设计方案一电路图
多彩循环彩灯控制器设计方案一电路原理图如图所示：
工作原理：
一、接通电源，555多谐振荡器产生周期为秒的脉冲信号，将脉冲信号分别送给计数器74LS161
（1）和移位寄存器74LS198。
计数器74LS161
（1）按照反馈置数法连接成8进制计数器从而实现对脉冲信号周期的扩展，即将原脉冲进行8分频，得到周期为4秒的脉冲信号。
用周期为4秒的脉冲信号触发下一个计数器74LS161
（2），把74LS161
（2）连接成3进制计数器，Q1Q0就有三种循环状态00，01，10，00……
二、将8个二输入与门7408作为一组，每个与门的选出一个输入端口连接在一起，接控制信号，一共放置3组，组成3个与门结构。
每组的二输入与门的另一个输入端分别接上移位寄存器74LS198所需要的预置数，3组分别为00000001,111011
三、74LS161
（2）的数据输出端Q1Q0有三种循环状态00，01，10。
Q1Q0输出通过一个二输入或非门7402接到第一组与门结构的控制信号输入端；
Q0通过反相器4069取反与Q1接到第二组门结构的控制信号输入端；
Q1通过反相器4069取反与Q0接到第三组门结构的控制信号输入端。
这样当计数器74LS161
（2）的输出Q1Q0在00，01,10间循环变化时。
三组门结构分别循环被选通，预先存在输入端的预置数被送到移位寄存器的数据输入端。
每组门结构工作的周期为4秒，恰好为彩灯一种工作状态的时间。
四、
01110111,01010101时使移位寄存器预置数。
开始工作时，对移位寄存器进行清零。
当地一个秒的脉冲到来时，第一组门结构被选通数据00000001到达移位寄存器数据输入端，并保持八个周期4秒，与此同时，移位寄存器预置数使输出为00000001。
而后进入左移工作状态，依次显示00000010,0000010
移位寄存器重新进行预置数，
图多彩循环彩灯控制器设计方案一电路原理图
设计方案二电路图
多彩循环彩灯控制器设计方案二电路原理图如图所示：
先用keil软件将C代码生成HEX文，件，将HEX文件下载到单片机AT89S
52里面运行，就会出现彩灯的三种工作花样变化。
单片机电路中晶振用来产生脉冲，开关用来复位，单片机工作时应先进行复位操作。
图多彩循环彩灯控制器设计方案二电路原理图
方案比较
方案一电路连接比较复杂，连线很多，需要的元器件很多，连接实物时由于导线和元件较多，某一个出现错误就可能导致得不到正确的结果，所以实物较难实现，连接时一定要细心、认真，要有一定的排除故障的能力。
不过这种方案模块比较清晰，仿真调试比较容易找出问题所在，易于理解。
这种方案也能锻炼自己的画图能力，以及对芯片的功能的理解能力。
方案二由于单片机具有以下优点
（1）、具有优异的性价比
（2）、集成度高、体积小、可靠性高
（3）、控制功能强
（4）、低电压、低功耗
使得电路简单，器件少，连线简单，但是使用单片机，程序调试复杂，且不利于锻炼硬件调试能力。
由于方案一实物器件不足，实现连线等起来有一定难度，且本实验主要要求仿真出正确结果，并熟练使用protues进行画图和仿真，因此我们小组方案选择实验二实现实物连接，同时也锻炼同学们读程序、写程序的能力。
3部分电路设计
多谐振荡器的设计
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，电源电压范围宽，可在~16V工作，其中7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
其成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
其内部原理图如下所示：
图555多谐振荡器内部原理图
它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为
和
。
A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号输入并超越
时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；
当输入信号自2脚输入并低于
时，触器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。
表555定时器功能表
输入
输出
阈值输入（V11）
触发值（V12）
复位（RD）
输出（VO）
放电管T
×
导通
<
（2/3）VCC
（1/3）VCC
1
截止
>
不变
由555定时器通过连接合适的电路变成一个多谐振荡器（脉冲发生器），如下图所示电路：
图多谐振荡器电路
接通电源后，电容C1被充电，当V6上升到2/3VCC时，触发器被复位，此时VO为低电压，同时放电BJTT导通，,电容C1通过R2和T放电，使V6下降。
当V6下降到（1/3）VCC时，触发器又被置位，VO翻转为高电平。
电容器C放电所需的时间为：
tPL=R2C1ln2可近似看成tPL=
当C1放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C充电，V6由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的时间为：
tPH=（R1+R2）C1ln2可近似看成tPH=（R1+R2）C1
而当V6上升到（2/3）VCC时，触发器又周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为
f=1/（tPL+tPH）可近似看成f=[（R1+2R2）C1
在设计中，我们要得到周期为秒的脉冲信号，令R1=R2=，C1=47uF。
从而得周期为T=秒，约等于要求的秒的周期。
分频器的设计
74LS161的清零端是异步的。
当清零端CR为低电平时，不管时钟端CP状态如何，即可完成清零功能。
74LS161的预置数是同步的。
当置入控制器LOAD为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端QA－QD与数据输入端A－D相一致。
当ENP、ENT均为高电平时，在CP上升沿作用下QA－QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
利用反馈清零法或者反馈置数法可以实现分频作用。
其功能表及引脚图如下：
表74LS161功能表
输入
输出
CR
CP
LD
EP
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
Ф
↑
d
c
b
a
状态码加1
图74LS161引脚图
图由74LS161组成的八分频电路
3.3门电路循环选择电路的设计
图门电路选择结构电路
3.4移位寄存器的设计
74LS198为8位双向移位寄存器，其功能引脚图如下：
图74LS198引脚图
当清除端（CR）为低电平时，输出（Q0～Q7）均为低电平。
当工作方式控制端（M0、M1）均为高电平时，在时钟（CP）上升沿作用下，并行数据（D0～D7）被送入相应的输出端Q0～Q7。
此时串行数据（DSR、DSL）被禁止。
当M0为高电平、M1为低平时，在CP上升沿作用下进行右移操作，数据由DSR送入。
当M0为低电平、M1为高电平时，在CP上升沿作用下进行操作，数据由DSR送入。
当M0和M1均为低电平时，CP被禁止。
只有当CP为高电平时M0和M1才可改变。
利用反馈法可以实现循环左移置数或循环右移置数，
也可以用反馈法使输出为某一数值时重新置数。
表74LS198功能表
此设计步骤中用四个8输入或非门和一个4输入或门接到S0进行反馈，当输出为000
0反馈到SL，所以执行的为循环左移功能。
图由74LS198构成的输出电路
3.5LED显示电路的设计
LED显示电路是该次设计的直接输出，该灯的特点是当正极电压高于负极电压时就会发光，试验中所用为红色LED灯。
当移位寄存器输出为高电平时，相应接口处的LED灯就发亮。
LED灯显示电路如下图所示：
图LED显示电路
通过仿真和实物连接可以看到8只彩灯按照三种工作状态循环工作，呈现出实验所要求的多彩循环彩灯的效果。
4调试与检测
调试中的故障及解决办法
在仿真过程中每种状态工作的时间不一样长，经过检查发现分频器接成了9分频电路，从而打乱了移位寄存器的置数功能。
将分频电路改为8进制后，彩灯按照要求正常循环发光，每种状态工作4秒，每个灯亮或灭的时间为秒。
调试与运行结果
打开protues仿真电路图，开始仿真。
部分结果截图如下：
分结果截图如下：
图8只彩灯从右到左逐一循环点亮截图
图8只彩灯按照左移循环点亮截图
图8只彩灯交替闪烁截图
5仿真操作步骤及使用说明
一．各部件说明：
D0—D7为八个LED灯显示。
二．操作说明：
点击仿真运行按键后，8个灯将会按照下面的顺序进行亮灭：
（其中1为亮）
花样一（8只彩灯从右到左逐一循环点亮）:
00000001
00000010
00000100
………….
01000000
花样二（8只彩灯按照左移循环点亮）:
01110111
重复一遍
花样三（8只彩灯交替闪烁）:
01010101
循环4次
然后循环到第一个花样，接着重复以上的动作，这样一直循环下去，每个灯时间间隔为秒，每一个花样持续时间为4秒。
由仿真结果可知，仿真正确，电路连接正确，可以进行下一步实物的连接与调试。
6结束语
体会与总结
两个星期的电工电子综合坑设计我感触颇深。
两个星期看似时间很长，其实做起来时间还是挺紧的。
我们不但要对以前的模电知识和数电知识加以回忆和复习，还要查阅相关的书籍资料，还要学习以前并不熟悉的软件protues。
正因为任务艰巨，所以我们才能从中学习到更多的知识，了解到电子技术的魅力，增加对电子技术的兴趣。
自我感觉数电理论知识学习的还不错，但是刚选好题目的时候，一时间不知道从何下手。
但是静下心来仔细分析一下设计要求，渐渐地也就有思路了。
但是只想不做终究只是空的。
然后就看老师的课件学习protues的使用，要想熟练掌握protues的应用一俩天显然是不够的。
但是掌握了它的一些基本操作，设计仿真此次设计的电路已经足够了。
画电路的时候我先把每个工作模块分别画出来，然后再将它们连接起来构成总的电路原理图。
调试的过程并不是一帆风顺的，但是皇天不负有心人，在自己的一遍遍努力中，终于仿真出了正确的实验结果。
努力之后的快乐，只有努力过的人才能感受到。
我也领悟到，遇到问题不能先认为自己不行，而是应积极面对，查阅资料、询问他人，这样才能更好的锻炼自己，更好的掌握知识。
此次课程设计既锻炼了自己独立思考解决问题的能力，也给了同学们之间相互学习，共同进步的机会。
设计要求每个人设计出一种方案，四个人一个小组再设计出一个小组方案。
每个人设计出电路之后，大家之间相互交流，比较自身的电路有哪些优点和缺点，如何改进，争取把自己的方案简化的结构清晰、功能明确。
课程设计设计出电路原理图是其中很重要的一部分，写好课程设计报告也是不可或缺的。
因为你设计的东西别人想弄清出是怎么工作的，会从设计报告上去看。
所以写实验报告时一定要格式规范，思路清晰，易于理解。
只有能被别人广泛接受的新事物、新发明，才能得到人们的推广。
课程设计也为我们以后搞科技发明打下一定的基础，锻炼我们解决问题的思维及方法。
要想学好电工电子技术，不仅要学好理论知识，还要经常实践，并进行一些创新设计。
这样才能根深的理解电工电子技术中的相关知识，并熟练的应用所学过的元器件。
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
学到的知识就是用来实际应用的，所以以后要乐于做实验、搞设计，这也可以激发自己去学习新的知识，达到新的高度。
未来的工作比的是创新，我们现在应该抓住机会锻炼自己，这样才不至于落伍。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础-数字部分（第五版），高等教育出版，
[2]祁存荣，陈伟.电子技术基础实验（数字部分）武汉理工大学教材中心
[3]王兆安，黄俊.电力电子技术.北京:
机械工业出版社,
[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社，
[5]包亚萍主编.数字逻辑设计与数字电路实验技术.中国水利出版社，
[6]陈永甫主编.数字电路基础及快速识图.人民邮电出版社，
[7]周惠朝.常用电子元件及典型应用.电子工业出版社，2005
[8]刘修文主编.实用电子电路设计制作300例.中国电力出版社，2005
附录一方案一电路图
附录二方案二原理图
附录三单片机运行程序
#include<
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#defineIOP2//定义IO口
voiddelayms（uintz）
{
uinti,j;
for（i=z;
i>
0;
i--）
for（j=110;
j>
j--）;
}
voidmain（）
while
（1）
{
uchari;
IO=0xfe;
delayms（250）;
for（i=0;
i<
7;
i++）
{
IO=_crol_（IO,1）;
delayms（250）;
}
IO=0x11;
IO=0x55;
}
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
男
专业、班级
课程设计题目：
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
设计方案
与内容
（30分）
制作与调试
（20分）
说明书内容与规范程度
答辩
（10分）
学习态度
与考勤
总分
（100分）
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2013年7月9日
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