多功能彩灯图形控制电路设计.docx

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多功能彩灯图形控制电路设计

电子技术课程设计报告

题目多功能彩灯图形控制电路设计

学院名称电气工程学院

指导教师

班级

学号

学生姓名

2016年1月27日

《电子技术课程设计》任务书

1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

一、进行多功能彩灯图形控制电路设计（做实物）。

设计彩灯图形控制电路，以彩灯为负载。

二、主要技术要求：

基本功能：

1.用（8×8）点阵作为显示电路。

2.能用按键切换不同的显示组合，至少有2个按键切换；

3.每种组合至少有4种变化，每种组合内图形能连续循环；

5.要有数码管显示当前是第几种组合；

扩展功能：

图形显示间隔（显示频率）至少有2种可选。

2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：

设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。

要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板（PCB）,器件的选择要有计算依据。

3．主要参考文献：

[1]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M]（第3版）.武汉：

华中科技大学出版社，2013.8

[2]尤佳,李春雷,伍春洪,杨淑华.数字电子技术实验与课程设计[M].北京：

机械工业出版社.2014.4

[3]康光华主编.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社

[4]康迪,刘敏,康丽杰,赵嵬.《数字电子技术》课程设计探讨《电子世界》2014年09期

[5]缪小燕,陈滨掖.四人抢答器实验电路的设计.苏州市职业大报.2012.1

[6]王喜斌，王凤宇.电子技术实验与课程设计及创新与竞赛[M].哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2010

[7]周惠朝.常用电子元件及典型应用.北京：

电子工业出版社出版.2005

[8]赵淑范,王宪伟.电子技术基础实验与课程设计.清华大学出版社.2006

[9]杨承毅,肖诗海,邹友志.脉冲与数字电子技术.人民邮电出版社.2008.2.1

[10]王渊峰.戴旭辉.AltiumDesigner10电路设计标准教程.科学出版社.2011.1

4．课程设计工作进度计划：

序号

起迄日期

工作内容

1

2015.10.23

布置任务，教师讲解设计方法及要求

2

2015.10.24-2015.10.31

学生查找阅读资料，初定方案,小组会议讨论并确定方案

3

2015.11.1-2015.11.15

设计及计算

4

2015.11.15-015.12.29

实物调试并写说明书，小组讨论

5

2016.1.27

答辩

主指导教师

肖金凤

日期：

2015年10月23日

前言6

1设计内容及要求7

1.1设计目的7

1.2设计要求7

2系统组成及工作原理8

2.1系统组成8

2.2工作原理8

3电路设计及其工作原理9

3.1利用555定时器制作一个秒信号发生器9

3.274LS161实现8进制加计数11

3.374LS04反相器12

3.474LS161连接LED彩灯13

3.5编码和译码显示13

4实验仿真及实验测试结果15

4.1仿真图15

4.2实际测试图18

5设计总结20

参考文献21

附录一PCB图22

附录二实物图23

附录三器件清单24

前言

随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。

LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。

特别是每当节日的到来，节日彩灯更是到处都看的到。

节日彩灯已成为生活中不可缺少的装饰物。

它集中地运用了单片机、LED、，自动控制等技术，是典型的基于单片机的电子产品。

本文以555定时器为控制核心，采用模块化的设计方案，运用LED彩灯组成电路，实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法。

节日彩灯是生活中常常用到的装饰物品,是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。

彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。

在当今的社会里，彩灯已经成为我们生活的一部分，能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。

彩灯控制器主要是通过电路产生有规律变化的脉冲信号来实现彩灯的各种变化

关键词：

LED74LS16174194555定时器

1设计内容及要求

1.1设计目的

巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识能力；培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力；通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。

1.2设计要求

多功能彩灯图形控制电路,其基本功能如下：

1.用（8×8）点阵作为显示电路。

2.能用按键切换不同的显示组合，至少有2个按键切换；

3.每种组合至少有4种变化，每种组合内图形能连续循环；

4.要有数码管显示当前是第几种组合；

扩展功能：

图形显示间隔（显示频率）至少有2种可选。

2系统组成及工作原理

2.1系统组成

显示电路

555定时器秒脉冲产生电路

定时电路

Led彩灯

锁存

译码电路

控制电路

图2.1系统组成图

2.2工作原理

首先由555定时器产生秒脉冲信号，经定时电路及控制电路使输出信号触发LED彩灯连接电路，同时在彩灯图形变化过程中将脉冲信号送至译码电路，促使数码管显示当前图形组合序数。

彩灯每变化一种，数码管随之改变数字。

等到彩灯图形组合完全显示完，重新由第一种图形循环进行。

3电路设计及其工作原理

3.1利用555定时器制作一个秒信号发生器

3.1.1555定时器的结构图（见图3.1）

图3.1555定时器结构图

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

3.1.2各个引脚功能：

　　1脚：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

　　8脚：

外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。

一般用5V。

　　3脚：

输出端Vo

　　2脚：

低触发端

　　6脚：

TH高触发端

　　4脚：

是直接清零端。

当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

　　5脚：

VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

　　7脚：

放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表3.1示。

表3.1

清零端

高触发端

低触发端

Q

放电管T

功能

0

x

x

0

导通

直接清零

1

0

1

x

保持上一状态

保持上一状态

1

1

0

x

保持上一状态

保持上一状态

1

0

1

0

1

1

0

导通截止

置1

清零

电路图如图3.2所示

图3.2555定时器电路图

3.274LS161实现8进制加计数

74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。

引脚图见图3.3。

图3.3（74ls161引脚图）

管脚图介绍：

时钟CP和四个数据输入端P0~P3

清零/MR

使能CEP，CET

置数PE

数据输出端Q0~Q3

以及进位输出TC.（TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET）

输入输出关系见表3.2

表3.2

输入

输出

CR

CP

LD

EP

ET

D3

D2

D1

D0

Q3

Q2

Q1

Q0

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

0

0

0

0

1

↑

0

Ф

Ф

d

c

b

a

d

c

b

a

1

↑

1

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Q3

Q2

Q1

Q0

1

↑

1

Ф

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Q3

Q2

Q1

Q0

1

↑

1

1

1

Ф

Ф

Ф

Ф

状态码加1

3.374LS04反相器

图3.474LS04反相器

74LS161与74LS04连接电路图如图3.4所示

图3.574LS161与74LS04连接图

3.474LS161连接LED彩灯

图3.674LS161连接图

3.5编码和译码显示

74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，74LS48还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。

  由74LS48真值表可获知74LS48所具有的逻辑功能：

（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1） 

在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经74LS48译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。

除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平。

（2）消隐功能（BI=0） 

此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。

该功能主要用于多显示器的动态显示。

 （3）灯测试功能（LT = 0） 

此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。

该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。

（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1） 

此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。

DCBA≠0，则对显示无影响。

该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。

其引脚图及真值功能表见图3.6：

图3.774LS48引脚排列图及真值表

4实验仿真及实验测试结果

4.1仿真图

本仿真实验采用proteus仿真，电路按照上述电路仿真，全电路仿真见图4.1

图4.1全电路仿真图

本仿真实验电路共四种彩灯图形变化，8个LED蓝灯分A、B两组变化。

（1）第一种变化数码管显示“0”，其变化规律为：

A、B两组LED灯分别各自从上到下依次亮灯。

第一种变化图（彩灯及数码管局部变化）见图4.2；

（2）第二种变化数码管显示“1”，其变化规律为：

A组LED灯从上到下依次亮灯，B组LED灯从下到上依次亮灯。

第二种变化图（彩灯及数码管局部变化）见图4.3；（3）第三种变化数码管显示“3”，其变化规律为：

A组LED灯从下到上依次亮灯，B组LED灯从上到下依次亮灯。

第三种变化图（彩灯及数码管局部变化）见图4.4；（4）第四种变化数码管显示“3”，其变化规律为：

A、B两组LED灯分别各自从下到上依次亮灯。

第四种变化图（彩灯及数码管局部变化）见图4.5。

图4.2第一种彩灯图形变化（局部仿真图）

图4.3第二种彩灯图形变化（局部仿真）

图4.4第三种彩灯图形变化（局部仿真）

图4.5第四种彩灯图形变化（局部仿真）

4.2实际测试图

各类器件焊接好，做成实物，接通电源后，第一种彩灯图形变化时，数码管显示“0”，LED灯分两组由左向右依次亮灯，与理论仿真图一致。

实物亮灯情况如图4.6；第二种彩灯图形变化时，数码管显示“1”，LED灯由两边向中间依次亮灯，与理论仿真图一致。

实物亮灯情况如图4.7；第三种彩灯图形变化时，数码管显示“2”，LED灯由中间往两边依次亮灯，与理论仿真图一致。

实物亮灯情况如图4.8；第四种彩灯图形变化时。

数码管显示“3”，LED灯分两组由右向左依次亮灯，与理论仿真图一致。

实物亮灯情况如图4.9

图4.6第一种彩灯变化图

图4.7第二种彩灯变化图

图4.8第三种彩灯变化图

图4.9第四种彩灯变化图

5设计总结

（1）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，通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。

这个方案总共使用了74LS48，74LS161，74194，NE555定时器等器件。

（2）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。

　　（3）我在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

　　（4）平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

本次电子课程设计将理论与实践有机结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，又反映了实际动手能力，更主要的是考察了同学对知识的综合运用以及创新思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。

【参考文献】

[1]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M]（第3版）.武汉：

华中科技大学出版社，2013.8

[2]尤佳,李春雷,伍春洪,杨淑华.数字电子技术实验与课程设计[M].北京：

机械工业出版社.2014.4

[3]康光华主编.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社

[4]康迪,刘敏,康丽杰,赵嵬.《数字电子技术》课程设计探讨《电子世界》2014年09期

[5]缪小燕,陈滨掖.四人抢答器实验电路的设计.苏州市职业大报.2012.1

[6]王喜斌，王凤宇.电子技术实验与课程设计及创新与竞赛[M].哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2010

[7]周惠朝.常用电子元件及典型应用.北京：

电子工业出版社出版.2005

[8]赵淑范,王宪伟.电子技术基础实验与课程设计.清华大学出版社.2006

[9]杨承毅,肖诗海,邹友志.脉冲与数字电子技术.人民邮电出版社.2008.2.1

[10]王渊峰.戴旭辉.AltiumDesigner10电路设计标准教程.科学出版社.2011.1

附录一PCB图

附图1PCB图

附录二实物图

附图2实物图

附录三元件清单

元件清单表如附表1

元件名

数量

备注

Cap

2

0.01uF，4.7uF

Res

2

20k，30k

555

1

秒信号发生器

74LS161

2

计数

7404

3

反相

74194

2

移位寄存器

74LS48

1

译码

LED-BLUE

8

彩灯，负载

附表1