彩灯控制器设计.docx

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彩灯控制器设计

课程设计名称：

电子技术课程设计

题目：

彩灯控制器设计

学期：

2013-2014学年第2学期

专业：

电气工程及其自动化

班级：

姓名：

学号：

*******

辽宁工程技术大学

课程设计成绩评定表

评

定

标

准

评定指标

标准

评定

合格

不合格

单元电路及

整体设计方案

合理性

正确性

创新性

仿真或实践

是否进行仿真

或实践

技术指标或性能符合设计要求

有完成结果

设计报告

格式正确

内容充实

语言流畅

标准说明：

以上三大项指标中，每大项中有两小项或三小项合格，视为总成绩合格。

总成绩

日期

年月日

课程设计任务书

一、设计题目

彩灯控制器设计

二、设计任务

1.有六只LED彩灯

2.控制顺序是：

全亮---奇数灯依次灭---偶数灯依次灭---依次亮—依次灭---全亮—全灭

3.彩灯点亮时间为0.5S。

三、设计计划

电子技术课程设计共1周。

第1天：

选题，查资料；

第2天：

方案分析比较，确定设计方案；

第3～4天：

电路原理设计与电路仿真；

第5天：

编写整理设计说明书。

四、设计要求

1.画出整体电路图。

2.对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。

3.写出设计说明书。

*******

日期：

2014年6月18日

摘要

近年来，由于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。

现代生活中，彩灯越来越成为人们的装饰品，它不仅能美化环境，渲染气氛，还可用于娱乐场所和电子玩具中，现以该课题为例进行分析与设计可编程的彩灯控制的电路很多，构成方式和采用的集成片种类、数目更是五花八门，而且有专门的可编程循环彩灯控制电路。

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器主要用计数器，译码器，分配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寄存器、计数器和译码器等来实现，其特点是用发光二极管显示，实现可预置编程循环功能。

关键词：

集成电路；计数器；译码器；

1综述

随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，在生活中使用彩灯作为一种装饰越来越流行，彩灯既可以增强人们的视觉效果，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添了亮丽的色彩。

现代数字电子技术的发展逐渐趋向于小型化，快速化，精确化，控制使用简易方便的方向发展。

在数字电子技术广泛应用的阶段，人们追求贯彻整个系统的自动化设计，整个过程通过集成块完成自动控制，提高了设计的质量和效率，大大降低了故障产生的机会。

2方案设计与分析

方案一：

利用两片十六进制计数器74LS161设计一个21进制计数器，用从0到20种状态来控制这21种状态，然后通过译码器翻译成可以实现的高低电平。

最后写出这21种状态和计数器数字对应的真值表，计算出逻辑式，便可实现所要求的彩灯控制。

该方案思路简单明确，控制产生的现象明显，稳定，易于实现。

方案二：

利用两片十进制计数器74160设计一个40进制计数器，再用个位的0到9输出状态与十位的0到3四种输出状态通过逻辑器件构成LED灯的控制电路，实现彩灯的亮灭控制。

该方案LED灯的控制电路比较复杂，逻辑门器件容易出现延迟，竞争冒险风险，从而影响对LED灯的控制结果。

3电路设计框图及功能描述

按课程设计题目来看，要求实现彩灯的21种状态（开始灯全部亮1种状态，奇数的灯依次灭3种状态，偶数的灯依次灭3种状态，然后依次亮6种状态，依次灭6种状态，然后再全亮1种状态，全灭1种状态，共21种）。

此处可以用一个21 进制的计数器实现，从0到20 种状态来控制这21 种状态（00000－10110），然后把计数器用译码器译成可以实现的高低电平。

 再写出这21种状态和计数器数字对应的真值表，计算出逻辑式，便可实现题目要求的彩灯控制。

由上分析可知需要一个21进制的计数器，然后需要一个5-32译码器，然后在由门电路连接LED灯。

总体设计思路图如下所示：

图1.1  整体设计方案的框图

4电路原理设计及参数计算

4.1 21进制计数器

21进制计数器是由两个16进制计数器构成，并且将21进制计数器的每个状态输出，令其对应LED的每一种状态。

21 进制计数器：

用2 片74LS161（具有异步清零，同步置数的功能）扩展成21进制计数器，采用并行进位方式、整体置数法。

因为计数器需要23种状态（00000-10100），所以先用两片74LS161连接成256（16*16）进制计数器，然后在输出为10100（20）时，用与非门来控制两计数器的LDN端预置数到零，完成一次完整的循环计数。

4.2 5-32译码器

5线-32线译码器是由5片74LS138译码器实现，它的扩展原理同用2片74LS138进行4线—16线扩展类似。

正常的5线-32线译码器应该需要5片74LS138译码器来扩展实现，但由于本设计中要求控制彩灯变化的状态只有23种，故只需要用4片74LS138即可实现5线-24线的译码功能，左边的一片74LS138芯片用于控制选择右边的三片74LS138芯片的工作或者锁定状态，右边的三片74LS138芯片每片都可控制八种输出状态，共可控制输出24种状态，而题目要求为21种，所以能满足题目的要求。

当接通时，先通过左边的芯片控制右边芯片的使能端来控制其是否工作，然后右边的芯片再进行移位变化控制终端LED彩灯的状态，从而实现21种状态的循环。

4.3真值表

由21进制计数器输入一个五位二进制数（00000－10110），输出彩灯所对应的状态（1表示灯亮，0表示灯灭），对应的真值表如下：

表4-3真值表

L0

L1

L2

L3

L4

L5

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

2

1

0

1

0

1

1

3

1

0

1

0

1

0

4

0

0

1

0

1

0

5

0

0

0

0

1

0

6

0

0

0

0

0

0

7

1

0

0

0

0

0

8

1

1

0

0

0

0

9

1

1

1

0

0

0

10

1

1

1

1

0

0

11

1

1

1

1

1

0

12

1

1

1

1

1

1

13

0

1

1

1

1

1

14

0

0

1

1

1

1

15

0

0

0

1

1

1

16

0

0

0

0

1

1

17

0

0

0

0

0

1

18

0

0

0

0

0

0

19

1

1

1

1

1

1

20

0

0

0

0

0

0

5各单元电路的制作

5.1 21进制计数器的实现

21进制计数器是由两个16进制计数器构成，并且将21进制计数器的每个状态输出，令其对应LED的每一种状态，计数器实现如图5-1。

图5-1 21进制计数器及仿真

5.2 5-32译码器的实现

5-32译码器是由5个74LS138实现，它的实现原理同用2个74LS138实现4-16译码器的原理，设计图如图5-2。

5.3 控制电路的实现 

由真值表可得到各个LED灯的逻辑表达式如下：

L0=M0+M1+M2+M3+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M19；

L1=M0+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M19；

L2=M0+M1+M2+M3+M4+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M19；

L3=M0+M1+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M19；

L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M19；

L5=M0+M1+M2+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M19；

图5-2 5-32译码器

5.4电路图及仿真

图3.1 整体电路图

6课程设计体会

在这次的课程设计中，我收获很大，具体有以下几方面：

1. 学以致用。

在学习数字电路的过程中，上课我们都是些理论上的东西，并且在做实验的过程中也是照着书本上给出设计好的电路连线，不需要自己设计，一直都没有运用到自己所学的知识来设计一个电路。

而这次的课程设计真正让我们通过自己的知识和努力，通过自己查阅资料、分析来解决问题。

这不但能巩固我们所学的理论知识，又能提高我们的实践能力。

2. 学会分析解决设计上的问题。

在设计电路的过程中，每一步都要自己去思考分析，遇到问题时，经常都要经过多次的尝试来解决改善问题，有时一点微小的错误都会影响到结果的正确以否，而这些微小的错误经常都是很难发现，这就需要我们学会仔细分析问题。

3. 懂得了如何去安装调试电路。

设计电路，关键步骤还在于解决实际遇到的问题，安装调试出正确的结果，这一步是至关重要也是最为困难的。

很多时候，理论分析正确，调试却不一定正确，这关键也在于调试过程是否正确。

我们必须遵循一些安装调试步骤，先单个调试，然后再整体调试，先局部再整体，切不可一次安装后调试，因为这样是很难查出错误来。

总之，这次的课程设计的收获是很大的，通过这几天的努力，终于设计出“彩灯控制器”的电路。

从开始的无从下手到熟悉各种芯片的功能，到尝试着设计各个单元电路，再到每个细节问题错误的改进和矫正，这里的每一步都是一个大大的提高，特别是许多的细节问题都是很棘手的。

但是结果证明，只要不断地努力，不断地思考，目标是一定会实现的。

参考文献

[1] 闫石 主编 《数字电路技术基础》 高等教育出版社2006.5  

[2] 孙肖子 编著 《模拟电子技术基础》 高等教育出版社 2006  [3] 李银华 编著 《电子线路设计指导》北京航空大学出版社 2005  [4] 姚福安 编著 《电子电路设计与实践》山东科学技术出版社 2001 

[5] 康华光 主编《电子技术基础.模拟部分》.第五版.--北京：

高等教育出版社，2006.1:

 486-542  

[6] 鲁宝春等编著 《电子技术基础实验》沈阳：

东北大学出版社 2011.8 [7] 辽宁工业大学电子信息工程教研室编著《模拟电子技术基础学习指导》.第五版.--沈阳：

东北大学出版社，2007.3:

179-195