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彩灯循环控制电路标准格式论文
课程设计报告
设计题目：
彩灯循环控制电路
班级：
计1003
学号：
20102713
姓名：
王伟鹏
指导教师：
李景宏
设计时间：
2012年7月
摘要
随着社会市场经济的不断繁荣和发展，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。
在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。
小型的彩灯多为采用霓虹灯电路则不能胜任。
在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：
管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。
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，脉冲信号发生器和移位寄存器等集成。
本次设计的可编程彩灯控制电路就是用555组成的多谐振荡器、寄存器、计数器和数据选择器等来实现，其特点是用发光二极管显示，能实现可预置编程循环功能。
关键字：
彩灯，集成片，寄存器，计数器，555定时器组成的脉冲信号发生器
目录
第1章概述4
第2章课程设计任务及要求4
2.1设计任务42.2设计要求4
第3章系统设计4
3.1方案论证4
3.2系统设计7
3.2.1结构框图及说明7
3.2.2系统原理图及工作原理7
3.3单元电路设计13
3.3.1单元电路工作原理13
3.3.2元件参数选择16第4章软件仿真16
4.1仿真电路图16
4.2仿真过程19
4.3仿真结果20
第5章安装调试20
5.1安装调试过程20
第6章结论20
第7章使用仪器设备清单20
参考文献21
收获、体会和建议21
第一章概述
【摘要】
现代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其变化多、功率大，数字长明灯、流水灯及变幻灯。
长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过复杂的编程。
流水灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地花样变化。
彩灯广泛应用，可见彩灯循环是今后提高节假日气氛的重要因素之一，它的发展深度将更为广泛，使用率将会大幅度提高。
这些灯的控制设备多为数字电路。
而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，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。
因此用集成电路来实现更多更复杂的器件功能则成为必然。
此次课程设计，有助于我们对电子线路知识的整合和电子线路设计能力的训练，并为后继课程的学习和毕业设计打下一定的基础。
第二章课程设计任务及要求
2.1设计任务
设计制作一个彩灯循环控制电路。
2.2设计要求
1．设计时钟振荡电路，由555组成时基电路提供计时脉冲。
2．由计时器实现彩灯的循环显示。
3．循环的速度可调。
第三章系统设计
3.1方案论证
通过查找资料并展开讨论，共讨论出两个不同的设计方案，表面上看，似乎两个方案都符合要求，但经过反复深究，并将两个方案加以比较，最终确定一个既符合本设计要求又具有比较强的可行性的方案作为此次设计的对象。
方案一：
本方案是由555定时器、7490计数器、74138译码器，74194译码器组成。
时钟信号由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即可改变计数器的计数快慢，即可控制彩灯闪烁快慢，计数器的输出信号输入至74138译码器，由74138译码。
根据计数器输出不同的计数结果，即可控制74138译码器译码得到8种不同的输出信号，决定控制彩灯的循环变化。
555发出脉冲信号，移位寄存器由计数器和译码器控制，1s的时间间隔，让彩灯实现间亮间灭的功能。
方案一图
方案二:
本方案是由555定时器、74147计数器、74160计数器，74138译码器,74LS04非门和LIMIT_NO开关组成。
振荡器产生触发，再利用数控分频器系统将触发脉冲进行分频，产生不同频率的脉冲，作为顺序脉冲发生器的输入脉冲，当输入脉冲的频率变化时顺序脉冲发生器产生的顺序脉冲也会有不同的频率，从而达到控制彩灯循环时间的目的。
产生顺序脉冲后将它加到彩灯循环系统上，使彩灯系统产生简单的循环变化的效果。
方案二图
两种方案的比较:
1、在数字电路设计中，两种方案采用了不同的元器件，但都达到了循环控制的功能
2、第二个方案多采用了简单的开关形式进行校时，易于控制电路，简单实用，相比第一个方案没有。
3、方案一采用的是译码器输出控制寄存器，实现功能的。
方案二采用的是74153双向数据选择器输出端控制移位寄存器的输入端，中间是开关连接的，很方便，价格也低廉。
设计方案的确定:
鉴于第一种方案有比较多的局限性，而方案二则比较方便实用，再根据本次设计的具体要求与所学的知识，确定方案二为本次设计采用的方案。
3.2系统设计
3.2.1结构框图及说明
结构框图
3.2.2系统原理图及工作原理
总体框图如上。
其中利用振荡器产生触发，再利用数控分频器系统将触发脉冲进行分频，产生不同频率的脉冲，作为顺序脉冲发生器的输入脉冲，当输入脉冲的频率变化时顺序脉冲发生器产生的顺序脉冲也会有不同的频率，从而达到控制彩灯循环时间的目的。
产生顺序脉冲后将它加到彩灯循环系统上，使彩灯系统产生简单的循环变化的效果。
本次课程设计所用器件如表一：
表
（1）：
本次课程设计所用器件
型号
名称
数目
74LS147
二－十进制加法计数器
1
74LS160
十进制加法计数器
2
LIMIT_NO
开关
9
74LS04
非门
3
555定时器
脉冲信号发生器
1
74LS138
3线—8线译码器
1
LED
发光二极管
25
LED显示屏
七段显示数码管
1
1）74LS147的应用
在常用的优先编码器电路中，除了二进制编码器之外，还有一类叫做二—十进制优先编码器。
他能将
—
10个输入信号分别编成10个BCD码。
在
—
10个输入信号中
的优先权最高，
的优先权最低。
2）74LS160的应用
它是同步十进制加法记数器，当LOAD端输入底电平时处于预置数状态，D0、
D1、D2、D3的数据将会在CP上升沿到达时被置入Q0、Q1、Q2、Q3中，它的预置数是同步的。
右图是74LS160的引脚分配图，图中LD为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，RC为异步置零端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。
3）555定时器应用
国产双极型定时器CB555电路结构图。
它是由比较器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。
VH是比较器C1的输入端，v12是比较器C2的输入端。
C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经三个五千欧电阻分压给出。
在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。
如果VCO外接固定电压，则VR1=VCO,VR2=1/2VCO.
RD是置零输入端。
只要在RD端加上低电平，输出端v0便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。
正常工作时必须使RD处于高电平。
图中的数码1—8为器件引脚的编号。
图
（2）555定时器逻辑符号
555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。
图（3）555定时器内部结构图
（A）电路组成
555集成定时器由五个部分组成。
1、基本RS触发器：
由两个“与非”门组成
2、比较器：
C1、C2是两个电压比较器
3、分压器：
阻值均为5千欧的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。
4、晶体管开卷和输出缓冲器：
晶体管VT构成开关，其状态受
端控制。
输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。
（B）基本功能
当
时，
，输出电压
为低电平，VT饱和导通。
当
时，
时，
时，C1输出低电平，C2输出高电平，
，Q＝0，
，
饱和导通。
当
、
、
时，C1、C2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不变，因此
、VT也保持原来状态不变。
当
、
、
时，C1输出高电平，C2输出低电平，
，Q＝1，
，VT截止。
表
（2）555定时器逻辑功能表
555定时器功能表
输入
输出
阈值输入（vI1）
触发输入（vI2）
复位（
）
输出（
）
放电管T
×
×
0
0
导通
1
1
截止
1
0
导通
1
不变
不变
4）74LS138的应用
图（4）为3线-8线译码器74LS138的逻辑符号图，其有3个附加的控制端G1、G2A和G2B。
当G1=1、G2A+G2B=0时，其附加门GS才输出高电平（S=1），译码器处于工作状态。
否则译码被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片连接起来以扩展译码器的功能。
图（4）3线-8线译码器74LS138的逻辑符号图
74LS138的内部原理图
图（5）74LS138的内部结构图
表（3）3线－8线译码器74LS138的功能表
输入
输出
S1
S2+S3
A0
A1
A0
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
0
X
1
1
1
1
1
1
1
1
X
1
0
0
0
0
0
0
0
0
X
X
0
0
0
0
1
1
1
1
X
X
0
0
1
1
0
0
1
1
X
X
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
由3线-8线译码器74LS138的功能表也可以看出，当S1=0时，无论S2+S3等于0还是1，译码器都处于禁止状态，当S1=1,S2+S3=0时，译码器处于工作状态。
5）三极管非门
仔细观察一下图中给出的三极管开关电路即可发现，当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。
因此输出与输入的电平之间是反向关系，它实际上就是一个非门。
（亦称反向器）。
当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电平接近于零。
为此，电路参数的配合必须合适，保证提供给三极的基极电流大于深度饱和的基极电流。
设计电路所用的芯片是74LS04，如下图所示：
图（6）74LS04的内部结构图
功能表如下：
表（4）非门功能表
逻辑符号
逻辑函数式Y=A
６）LED是发光二极管LightEmittingDiode的英文缩写。
LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。
它采用低电压扫描驱动，具有：
耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。
目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。
管脚１２３４分别接输出段的Ｑ０、Ｑ１Ｑ２、Ｑ３．
图（7）七段显示数码管
3.3单元电路设计
3.3.1单元电路工作原理
在设计单元电路和选择元器件时，尽量选用同类型的元器件，如所有功能的部件都采用TTL集成电路，整个系统所用的元器件种类尽可能少。
下面介绍各单元电路的设计。
1）数控分频系统
当输入端CLK为频率f时，在输出端RCO的输出频率，可以分别实现1/2f,1/3f,1/4f,1/5f,1/6f,1/7f,1/8f,1/9f，经分析，计数器都可以实现该功能，为了操作方便，使控制方便直观，采用一个二－十进制编码器，实现二进制和十进制转换。
从通用性和普遍性考虑，选取开关和74LS147芯片组成分频控制模块。
采用74LS160芯片进行分频。
74LS160为该模块的核心，其功能是通过输入端输入预置数，控制芯片的模数，进而实现总体要求，即分频。
该芯片通过非门，即74LS04与控制模块相连，即输入由控制模块中的74LS147通过非门提供。
而输出则直接输给通过七段数码管可以更准确的显示出输出结果，直观得观测到分频的效果，也更容易判断出设计是否有误，通过七段数码管对于分频结果显示的更加直观，
2）555多谐振荡器组成脉冲发生器
振荡器是数字钟的核心。
振荡器的稳定度及频率的准确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用成品振构成振荡器电路。
一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。
如果精度要求不高也可采用集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成定时器555与RC组成的多谐振荡器。
这里选用555组成的多谐振荡器，多谐振荡器的频率可以设为为f0=1000HZ。
3）顺序脉冲发生器
在设计中需要系统按照事先规定的顺序进行一系列的操作。
这就要求统的控制部分能给出一组在时间上有一定先后顺序的脉冲信号，再用这组脉冲形成所需要的各种控制信号。
顺序脉冲发生器就是用来产生这样一组顺序脉冲的电路。
顺序脉冲发生器可以用移位寄存器构成。
这种方案的优点是不必附加译码电路，结构比较简单。
缺点是使用的触发器数目比较多，同时还必须采用能自启动的反馈逻辑电路。
在顺序脉冲数较多时，可以用计数器和译码器组合成顺序脉冲发生器。
图（8）所示电路是用4位同步二进制计数器74LS160和3线－8线译码器74LS138构成顺序脉冲发生器电路。
图中以74LS160的低3位输出Q0、Q1、Q2作为74LS138的3位输入信号。
由74LS160的功能表可知，为使电路工作在计数状态，RD、LD、EP和ET均应接高电平。
由于它的低3位触发器是按八进制计数器连接的，所以在连接输入CP信号的情况下，Q2Q1Q0的状态将按000一直到111的顺序反复循环，并在译码器输出端依次输出P0-P7的顺序脉冲。
图（8）
4）彩灯循环系统
彩灯循环系统是整个设计的最后的显示部分，也是最直观明显的显示设计成果的关键。
将顺序脉冲发生器产生的顺序脉冲加到彩灯上之后，可以使彩灯产生循环闪烁的效果。
同时也可以将彩灯按不同的顺序放置使彩灯产生更多种循环效果。
下图是彩灯多种放置方法中的一种：
图（9）
3.3.2元件参数选择
原件参数已与上面已说明。
第四章软件仿真
4.1仿真电路图
图（10）
图（11）
图（12）
4.2仿真过程
当分频器总的输出为9时，顺序脉冲系统中的74LS160就会被触发产生顺序脉冲信号。
彩灯的状态也会随着脉冲信号的改变而改变。
这一点也可以从上面的电路图仿真结果中得到验证。
4.3仿真结果
实现彩灯循环电路（时间可控）。
第五章安装与调试
5.1安装调试过程
按照仿真图电路图，连接实物，观察显示彩灯循环电路实现是否完全，能否手动设置频率。
第六章结论
本数字电子钟的设计是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器所组成。
但本设计电路的缺点是：
没有调节彩灯闪烁控制方案，即据该方案进行生产得到的产品并无可控制闪烁方案功能。
该设计方案的优点是：
制作简单实用，易于维护，价格便宜。
第七章使用仪器设备清单
本次设计所用的元器件如表2所示。
表（4）本实验所用元件仪器
型号
名称
数目
74LS147
二－十进制加法计数器
1
74LS160
十进制加法计数器
2
LIMIT_NO
开关
9
74LS04
非门
3
555定时器
脉冲信号发生器
1
74LS138
3线—8线译码器
1
LED
发光二极管
25
LED显示屏
七段显示数码管
1
参考文献
1.李景宏，马学文.电子技术实验教程.沈阳：
东北大学出版社.200
2.王永军，李景华编著.数字逻辑与数字系统.北京：
电子工业出版社，2002
3.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：
电子工业出版社，2002
4.陈大钦编著.电子技术基础实验.北京：
高等教育出版社，2000
收获，体会和建议
在实验设计的过程中，让我体会到以前从来没有过的动手能力，以及新颖的思维方式，从中获益非浅。
实验过程中，有好几个环节都让我想不通，最努力查阅资料，自学知识，终于完成了实验设计，虽然道路艰难，但我却也乐在其中，既锻炼了动手能力，有培养了动脑能力，更加利于我们在社会上工作。
虽说设计实验经历的时间并不是很长，但感觉每一天都十分的充实，我有的时候，老犯迷糊，总用脑子空想，到最后把思路往电脑上一实践，发现行不通，这些也给我了启发，光凭空想是不能够解决任何问题的，从这次电子课程设计中，让我深深的体会到这一点，与此同时，我也体会到了理论与实践的差异性很大。
空想的理论没有实践的支持是站不住脚的。
总而言之：
任何知识都源于实践，归于实践，所以要将所学的知识在实践中来检验。
这次的电子课程设计不仅是对我们学生的知识的一次检验，更重要的是培养了我们想问题，做事情严谨的态度和实事求是，认真负责的为事观，更是以后我为人处世的基础。
我想这对我以后的人生影响是深远的。
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