彩灯的控制电路.docx
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彩灯的控制电路
电子课程设计
———彩灯的控制电路
学院：
电子信息工程学院
专业，班级：
学号：
姓名：
指导老师：
李小松
2013年12月22日
目录：
一、设计任务与要求-------------------------------------（3）
二、总体框图-------------------------------------（3）
三、选择器件--------------------------------------（4）
四、功能模块--------------------------------------（13）
五、总体设计电路图--------------------------------------（16）
一、设计任务与要求
任务：
根据设计要求，运用所学的模拟电子技术及电路基础等知识，自行设计由秒脉冲电路、彩灯维持电路、控制显示电路等电路和电器构成的控制8个颜色不同彩灯依次由暗变亮的电路，并且当8个灯都亮后，再自动熄灭，而后不断重复此过程。
要求：
1.8个不同颜色的彩灯。
2.应控制变亮的过程为由左至右依次由暗变亮。
3.应保证，具有都变亮后，自动熄灭的功能，并且可以自动重复。
4.应保证有两级变速，第一级变速彩灯变亮间隔时间为0.04s，并且维持时间为4s，第二级变速彩灯变亮间隔时间为0.2ms，维持时间为13s，并且亮灯过程中可切换。
二、总体框图
彩灯控制电路由三个模块构成，显示电路﹑秒脉冲电路和维持电路，如图2-1所示。
秒脉冲电路全程为电路提供矩形波信号（矩形波的占空比应该为方波）使彩灯定时发亮；显示电路为维持电路提供电源：
维持电路在显示电路部分提供电源的情况下为电路提供一段较长的高电平，使彩灯在全部变亮后保持一段时间。
同时结合显示电路部分所带元件（主要是74LS194）的性质，使彩灯从右到左依次由暗变亮，亮后维持一段时间，然后熄灭，并且不断重复。
图2-1电路总体框图
三、选择器件
555定时器、74LS194、74LS00、74LS32
1.555定时器
555定时器是一种过功能集成电路，成本低，性能可靠。
只需要在外部接上几个电容和电阻，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。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555 时基电路有双极型和 CMOS 型两种。
LM555/LM555C 系列属于双极型。
优点是输出功率大，驱动电流达 200mA。
而另一种 CMOS 型的优点是功耗低、电源电压低、输入阻抗高，但输出功率要小得多，输出驱动电流只有几毫安。
双极型定时器CB555是由比较器C1和C2、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。
555定时器的管脚图
555定时器管脚图如图3-1所示
图3-1555定时器管脚图
555定时器的管脚图介绍：
1地（GND）
2触发（TR）,是下比较器的输入
3输出（OUT）,有0和1两种状态,它的状态由输入所加的电平决定
4复位（R）,叫上低电平（<0.3V）时可使输出端为低电平
5控制电压（CV）,可以用来改变上下触发电平值
6门限（阈值）（TH）,是上比较器的输入
7放电（DIS）,是内部放电管的输出,它有悬空和接地两种状态,也是由输端的状态决定
8电源电（VCC）
555定时器的内部逻辑电路图如图3-2所示。
图3-2555定时器内部逻辑电路图
如图3-2所示，TR为低触发端，TH为高触发端，Rd为清零端，CO为控制电压端，D是放电端，OUT是输出端，Vcc是电源端。
555定时器由比较器1、比较器2、由非门G1与G2组成的SR锁存器和放电三极管Q1组成。
比较器1的反相端是阈值输入端；若同相端不外接控制信号，则是电阻分压得到的参考电压2/3Vcc。
比较器2的同相端是触发端；反相端是电阻分压得到的3/1Vcc。
当放电晶体管导通时，放电端与地相连。
在复位端加低电平信号，锁存器复位，可以使输出Vo低电平。
正常工作时，复位端应加高电平。
控制器所加电压可以改变比较器1同相端、。
比较器2反相端的电压值，因此也改变比较器1反相端的阈值电压和比较器2同相端触发电压。
若控制端不外接电压，则比较器1同相端的电压为2/3Vcc，比较器2反相端电压为1/3Vcc。
555定时器的逻辑功能表
555定时器逻辑功能表如表3-1所示
表3-1555定时器逻辑功能表
输入
输出
0
X
X
0
导通
1
0
导通
1
不变
不变
1
1
截止
1
1
截止
555定时器的应用
①555定时器组成的单稳态器
由555定时器组成的单稳态触发器电路图如图3-3（a）所示。
由555定时器组成的单稳态触发过程波形如图3-3（b）所示。
（a）（b）
图3-3555定时器组成的单稳态器
触发前：
触发端V1为高电平，比较器1输出高电平；比较器2也输出高电平，输出端输入Vo低电平，放电管导通，Vc1为0V。
触发时：
幅度低于1/3Vcc的窄脉冲触发信号加在触发端，比较器2输出低电平，锁存器置1，关闭放电管，输出端Vo输出高电平。
电源通过电阻向电容C1充电，Vc1电压指数增加，暂稳态开始。
经过一个小时延迟时间，触发信号消失，触发端为高电平。
比较器2输出高电平。
暂稳态结束时：
Vc1达到2/3Vcc，比较器1输出高电平，输出端输出低电平，放电管导通，电容C1通过放电管放电，当Vc1电压低于2/3Vcc时，比较器1输出高电平，恢复触发前状态。
②555定时器组成的多谐振荡器
由555定时器组成的多谐振荡器电路图如图3-4（a）所示。
电容充电放电曲线和输出脉冲如图3-4（b）所示。
（a）多谐振荡器电路图（b）电容工作曲线
图3-4由555定时器组成的多谐振荡器
2.74LS194
移位寄存器74LS194由4个触发器和它们的输入控制电路组成。
SR为数据右移串行输入端，SL为数据左移串行输入端，A到D为数据并行输入端，QA到QD为数据并行输出端，CLR为移步清零输入端，S0﹑S1为工作状态控制端。
图3-5为74LS194管脚图。
图3-574LS194管脚图
74LS194逻辑功能表
表3-274LS194逻辑功能表
功能
输入
输出
CP
CR
S1
S0
SR
SL
A
B
C
D
QA
QB
QC
QD
清除
X
0
X
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
送数
↑
1
1
1
X
X
A
B
C
D
A
B
C
D
右移
↑
1
0
1
DSR
X
X
X
X
X
DSR
QA
QB
QC
左移
↑
1
1
0
X
DSL
X
X
X
X
QB
QC
QD
DSL
保持
↑
1
0
0
X
X
X
X
X
X
QAn
QBn
QCn
QDn
保持
↓
1
X
X
X
X
X
X
X
X
QAn
QBn
QCn
QDn
74LS194的内部原理图如图3-6所示。
图3-674LS194内部原理图
3.74LS00
74LS00为四组二输入与非门，其内部结构如图3-7所示。
其逻辑符号如图3-8所示。
其逻辑功能表如表3-3所示。
图3-774LS00内部结构图
图3-874LS00逻辑符号
表3-374LS00逻辑功能表
输入
输入
输出
A
B
Y
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
H
L
4.74LS32
74LS32为四组二输入或门，其内部结构如图3-9所示。
其逻辑符号如图3-10所示。
其逻辑功能表如表3-4所示。
图3-974LS32内部结构图图3-1074LS32逻辑符号
表3-474LS32逻辑功能表
输入
输入
输出
A
B
Y
L
L
L
L
H
H
H
L
H
H
H
H
四、功能模块
1﹑秒脉冲电路
图4-1为秒脉冲电路
图4-1秒脉冲电路
秒脉冲电路由一个集成的555定时器够成，当电源接通后，VCC通过对R1﹑R2向电容器充电。
电容上得到电压按指数规律上升，当电压上升到2/3VCC时，输出电压V0为零，电容器放电。
当电压下降到1/3VCC时，输出电平为高电平，电容器放电结束。
这样周而复始形成了振荡。
脉冲发生器由NE555与R1，R2，C5，C1，C2组成的多谐振荡器组成,它是为灯光流动控制器提供流动控制脉冲的，多谐振荡器的振荡频率可根据所需要的灯光流动速度，通过单刀双掷开关J2，选择不同的电容对彩灯的变亮速度进行变速，从而达到设计要求。
在R2处并联一个二极管是为了让秒脉冲产生的矩形波为方波，使其占空比尽量为50%，从而使得彩灯变亮间隔时间相同。
2﹑彩灯维持电路
图4-2为彩灯的维持电路
图4-2为彩灯的维持电路
当第八个灯变亮时，使555定时器产生高电平。
当八个等全变亮后，使得彩灯维持一端时间，555定时器保持高电平的时间就是彩灯变亮后维持的时间。
555定时器不在提供高电平是彩灯熄灭，通过调整R3﹑R5改变555定时器保持高电平的时间，结合秒脉冲电路的变速，从而对彩灯的维持变亮时间进行调控，达到设计要求。
3﹑控制显示电路
图4-3为彩灯的控制显示电路
图4-3彩灯的控制显示电路
8个不同颜色的彩灯由暗变亮，当8个彩灯同时变亮，能维持一段时间后全部熄灭，完成设计要求。
五、实验设计总电路图
图5-1彩灯控制电路总体电路图
接通电源，打开开关J1,由555组成的多谐振荡器产生脉冲信号，通过LS194寄存器移位，使输入的二进制代码译成对应的输出高﹑电平信号，８只灯泡依次由暗变亮，当第八个灯变亮时由555组成的维持电路给电路提供一个持续高电平使八个灯维持一端时间。
间低电平出现时，彩灯全灭。
上述步骤重复循环，从而实现任务要求。
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