数字电子课设报告双向流动彩灯控制器设计.docx
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数字电子课设报告双向流动彩灯控制器设计
一、概述
此设计的目的是控制五路彩灯双向流动，设计的主要要求如下：
1.用中规模计数器设计该双向流动彩灯控制器。
2.要求彩灯双向流动点亮，其闪烁频率在1~10Hz内连续可调。
3.要求用555定时器设计时钟脉冲，五路彩灯采用五个发光二极管代替。
二、方案论证
设计一个双向流动彩灯控制器，控制五路彩灯双向流动，这里采用两种方案。
1.方案一
图1方案一原理框图
原理图如图1通过可控硅器件SCR加至各彩灯两端，当可控硅导通时，彩灯被点亮，否则熄灭。
可控硅的导通与否是由其可控极是否加入触发信号来决定的。
这些触发信号是由顺序脉冲发生电路给出的。
时钟发生器产生的时钟脉冲
送入顺序脉冲发生电路。
随着时钟脉冲的不断输入，顺序脉冲发生电路的各输出端依次变成高电平，形成时序控制信号。
时序控制信号经驱动电路送入可控硅的控制极，使各可控硅依次导通，于是各彩灯被依次点亮。
2.方案二
图2方案二原理框图
原理框图如21所示，方案二采用555定时器连接成多谐振荡器产生频率在1~10Hz内连续可调的时钟信号，然后将时钟信号输出通过计数器接受。
然后，经过八进制加法计数器的循环计数实现双向流动功能。
最后，通过译码器译码，选择某一彩灯进行亮灯。
3.方案确定
由于第一种方案的彩灯方向控制电路较为复杂，且依据课题所给要求及实验元器件，最终确定方案二为最终方案。
三、电路设计
根据设计要求和原理中介绍的彩灯控制电路的基本组成，可以确定双向流动彩灯控制器电路应包含多谐振荡电路、八进制加法计数器电路模块、译码器与彩灯电路模块。
1.多谐振荡器电路
在实际连接时，555定时器的外引线排列图如图3所示。
图3555定时器的外引线排列图
由555定时器构成的多谐振荡器电路如图4所示。
图4由555构成的多谐振荡器
多谐振荡电路由555定时器及其外接元件R1，R2，R3，C1构成，电位器R1用来调节振荡频率，以改变彩灯流动点亮的速度。
接通电源后，电容C1被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，此时Vo为低电平，电容C1通过R3和T放电，使Vc下降。
当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。
周期T为：
T=（R1+R2+2R3）C1ln2≈0.7（R1+R2+2R3）C1这样，通过控制电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号，然后，通过调节滑动变阻器使多谐振荡器产生的时钟信号频率在1~10Hz内连续可调。
2.八进制加法计数器电路
原理图如图5所示。
图5八进制加法计数器原理框图
利用74LS160D制作八进制加法计数器。
计数器从0000~0111正常运行，到0111时进行异步置数使其变为0000，实现八进制循环计数。
然后，通过后续电路，使0000控制彩灯1，使0001和0111控制彩灯2，使0010和0110控制彩灯3，使0011和0101控制彩灯4，使0100控制彩灯5，由此实现五路彩灯双向流动功能。
八进制加法计数器状态转换图如图6所示。
图6八进制加法计数器状态转换图
3.译码器与彩灯电路
译码器与彩灯电路如图7所示。
图7译码器与彩灯电路
译码器前接计数器，将计数器传送信号译码，然后通过彩灯电路使彩灯双向流动。
四、性能的测
利用Multisim10进行测试和仿真。
1.多谐振荡器测试
调节可变电位器的输入电阻可以改变多谐振荡器的频率，使之在1~10Hz连续可调，周期T=100.379ms,f=10Hz的仿真结果如图8所示。
图8f=10Hz输出电压波形
2.电路整体性能测试
调节频率为10Hz时,彩灯双向流动仿真结果如图9至图13所示。
仿真结果，彩灯点亮顺序为LED1->LED2->LED3->LED4->LED5->LED4->LED3->LED2->LED1,可实现彩灯双向流动功能，且频率在1~10Hz内连续可调，实验仿真结果完全符合要求。
图9彩灯LED1被点亮
图10彩灯LED3被点亮
图11彩灯LED5被点亮
图12彩灯LED3被点亮
图13彩灯LE13被点亮
五、结论
经过使用Multisim10的测试，彩灯可以双向流动点亮，点亮顺序为LED1->LED2->LED3->LED4->LED5->LED4->LED3->，其闪烁频率在1~10Hz内连续可调，符合设计要求。
六、性价比
本电路采用的都是简单且常见的元器件，元件清单见附录Ⅱ，几乎所有的元件价格都比较便宜，在大部分电子器件商店都能买得到，方便实用，且性能基本符合技术要求。
适用于对技术要求不是十分严格的电路，本电路的性价比较高。
七、课设体会及合理化建议
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和pcb连接图。
经过查阅资料和模拟仿真自己对74ls160计数器74ls138译码器和555定时器的原理和使用方法有了较为深刻的理解。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
还有，一开始对软件不熟悉，刚进行上机设计时很不顺手，遇到不少麻烦，经过自己的学习和老师的指导，才完成了电路的设计并成功进行了仿真。
从这次课程设计活动中我认识到了一定要认真对待每一个问题，很有可能就在一个你不注意的地方导致你失败。
参考文献
[1]宋竹霞，闫丽主编.数字电路实验.[M]北京：
清华大学出版社，2011年
[2]孙丽霞，殷侠主编.实用电子电路设计与调试.[M]北京：
中国电力出版社，2011年
[3]董玉冰主编.Multisim9在电工电子技术中的应用.[M]北京：
清华大学出版社，2008年
[4]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[5]谢自美主编．电子线路设计·实验·测试．[M]武汉：
华中科技大学出版社，2006年
[6]华满清主编．电子技术实验与课程设计．[M]北京：
机械工业出版社，2005年
[7]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：
国防工业出版社，2005年
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
R4
电阻
66k
5
2
R2
电阻
10k
1
3
R1
滑动变阻器
1M
1
4
R3
电阻
45k
1
5
C1
电容
1.4285μF
1
6
LED1、LED2、LED3、
LED4、LED5
发光二极管
LED_green
5
7
U7A、U8B、
U9C、U10D
非门
74LS04D
4
8
U4A、U5A、U6A
与非门
74LS03D
3
9
U3A
与非门
74LS20D
1
10
直流电源
5V
1
11
U1
555定时器
LM555CM
1
12
C2
电容
10nF
1
13
U2
十进制计数器
74LS160D
1
14
U11
译码器
74LS138D
1
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