彩灯循环控制电路的设计与制作.docx

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彩灯循环控制电路的设计与制作

学号：

课程设计

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摘要

多组彩灯按照一定的顺序点亮构成的电路具有很高的观赏性，在生活中有着很广泛的应用，例如广告牌，霓虹灯等。

本设计中彩灯控制器可用于对霓虹灯或彩灯及节日字灯的控制，本次课程设计将对设计框图、设计电路图、单元电路图、工作原理、所用器件、电路调试等方面进行介绍，最后对本次课程设计进行总结。

关键词：

循环，计数，单元电路

彩灯循环控制电路的设计与制作

1设计任务及要求

（1）8个彩灯能够自动循环点亮。

（2）彩灯循环显示且频率快慢为1S。

选作：

设计具有控制彩灯左移，右移，全亮及全灭功能的电路

2方案设计及选择

2.1方案设计

2.1.1方案一

根据设计要求，使用计数器来实现循环，设计电路使其可实现以下功能

1）彩灯右移依次点亮的循环；

000000010010001101000101

01110110

2）彩灯左移依次点亮的循环：

011101100101010000110010

00000001

3）彩灯全灭的功能；00000000

设计方案原理图

反馈电路

LED灯显示

各单元电路所用器件为：

1）脉冲发生器：

使用555构成的多谐振荡电路产生频率为1Hz的脉冲信号；

2）计数器电路：

使用一片74LS192实现计数功能；

3）译码器电路：

使用一片74LS138来实现译码功能；

4）逻辑门芯片：

使用一片7420与非门芯片和两片7404非门芯片实现上述三种功能。

按照原理图进行设计，得到的电路图如下所示

2.1.2方案二

同方案一，使用计数器实现循环，设计电路实现以下功能：

1）彩灯右移依次点亮的循环；

000000010010001101000101

01110110

2）彩灯左移依次点亮的循环：

011101100101010000110010

00000001

3）彩灯全灭的功能；00000000

4）彩灯全亮的功能；11111111

设计方案原理图

反馈电路

脉冲发生器

计数器

3-8

译码器

逻辑门电路

LED灯显示

各单元电路所用器件为：

1）脉冲发生器：

使用555构成的多谐振荡电路产生频率为1Hz的脉冲信号；

2）计数器电路：

使用一片74LS163实现计数功能；

3）译码器电路：

使用一片74LS138来实现译码功能；

4）逻辑门芯片：

使用一片7410与非门芯片和两片7404非门芯片实现上述三种功能。

按照原理图进行设计，得到的电路图如下所示

2.2方案的比较与选择

1从设计的要求来看，两种方案都实现了彩灯的循环控制，但方案一全亮功能未实现，方案二四种功能全实现。

即左移循环，右移循环，全灭控制，全亮控制。

2从设计的原理来看，方案一使用双时钟计数器，设计思路较为清晰，且反馈电路简单。

而方案二使用的是16进制加法计数器，在进行反馈电路设计时，所需理论知识较强。

其他的辅助设计较多。

3从电路的复杂程度来看，方案一明显比方案二电路简捷。

4从电路的耗材方面来看，方案一比较节省材料和费用。

综上所述，选择方案一较经济划算且电路可行性较强。

3单元电路的设计

3.1脉冲发生电路

由于上述设计中所用到的芯片全要有脉冲信号的触发才能完成相应的功能，所以就需要用到脉冲产生电路。

我这里用到的是用555定时器设计的多谐振荡器，多谐振荡器的优点是在接通电源之后就可以产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，而不需要再加输入信号。

而用555定时器设计的多谐振荡器也有很多优点，由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，这样就使多谐振荡器产生的振荡频率受电源电压和环境温度变化的影响很小。

接通电源后，电容C1被充电，当VC上升到2/3VCC时，使输出电压为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C2通过RB和T放电，VC下降。

当VC下降到2/3VCC时，V0翻转为高电平。

当放电结束后，T管截止，VCC通过RA和RB将向电容器C2充电，当VC上升到2/3VCC时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。

脉冲发生电路图

其输出信号的频率为：

f=1.43/（R1+2R2）C1

其中R1=0.8KΩR2=1.5KΩC1=47uF

从而算出频率f=8Hz

该频率满足设计要求

3.274LS192计数器电路

74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

（BCD,二进制）。

 ◆ CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

 ◆LD为预置输入控制端，异步预置。

 ◆CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

 ◆CO为进位输出：

1001状态后负脉冲输出， 

 ◆BO为借位输出：

0000状态后负脉冲输出。

74LS192引脚排列图

74LS192功能表

设计原理说明

1）当计数器时钟UP接脉冲信号，DOWN接1，实现加计数，此时实现0000到0111的计数过程（即八进制计数），由于是异步高电平清零，故当状态为1000时，将QD接到CLR端则实现八进制加法计数。

2）当计数器时钟DOWN接脉冲信号，DOWN接1，实现减计数，此时实现0111到0000的计数过程，由于是异步低电平置数，故当状态为1001时，将QD,QA接入7420与非门的1C,1D端，将QB,QC接入7404非门的1A,2A端通过1Y,2Y端输出接入7420的1A,1B端，74201Y输出端接74192的LOAD’（置数端）端，则实现初值为7的减法八进制计数。

用74LS192设计的计数器电路如下所示

3.374138译码器电路

下图所示A2，A1,A0为地址（数码）输入端，A2为高位，A0为低位。

Y0-Y7为译码状态信号输出端，输出逻辑符号图中的小圆圈是指输出信号低电平有效。

G1，G2，G3为使能端。

74138逻辑符号

74138输出表达式

（E1=G1，E2A=G2，E2B=G3）

引脚排列图

74138功能表

设计原理说明

将74LS192的QC,QB,QA端分别接入74138的A,B,C端，G1接1，G2A,G2B接地，使译码器正常工作，通过译码输出YO-Y7，实现译码功能。

因为74138输出为低有效，故需要接入非门电路，所以采用7404非门芯片，将每一个非门输出端接到LED灯上。

为了实现全灭功能，结合译码器的功能表知，当G2B=1时，译码器不工作，输出端Y0-Y7全为1，经过非门电路，使得LED灯全灭。

这是可用一个开关1控制全灭操作。

用74138译码器设计的译码电路如下所示

3.4LED灯显示电路

八个LED灯均为共阴极接法，其输入端与两个7404非门芯片的每个输出端相接。

当7404输出端为高电平时，LED灯点亮。

显示电路如下

4整体电路图及原理

4.1整体电路图

4.2工作原理

1）右移循环点亮：

1，4,5开关往上拨，2，3开关往下拨.此时电路中清零端接QD，G2B接地，置数端接VCC，时钟UP接脉冲源，DOWN接VCC，整个电路进行右移循环控制。

LED灯依次往右点亮。

2）左移循环点亮：

1,4开关往下拨，2,3,5开关往上拨。

此时电路中清零段接VCC,G2B接地，置数端接7420的1Y输出端，时钟UP接VCC，DOWN接脉冲源，整个电路进行左移循环控制。

LED灯依次往左点亮。

3）全灭控制：

5开关往下拨。

此时电路中G2B=0，译码器不工作，无论其他几个开关状态如何，LED灯全部熄灭。

5电路调试及结果分析

5.1调试

由于元件的性能，连接电路的人为因素，以及环境因素的影响等，连接好的电路往往需要进行调试。

5.1.1调试步骤

1）检查电路连接好电路,然后对照原理图，逐项检查电路中的元件连接情况，注意观察是否有连线错误，特别要注意是否会出现电源短路的情况，还要注意电容是否存在极性。

2）通电将5v的直流电源接入电路中，观察电路是否存在异常现象，如冒烟，产生火花等，如果出现异常现象，应及时断开电源，检查故障。

若电路无反应，则应检查各元器件的管脚是否松动，导线是否开路。

3）操作开关进行根据电路的工作原理，通过控制各个开关实现彩灯的左移、右移、全灭。

若果存在问题，则应继续检查电路并调试，直到排除故障。

5.1.2发现的问题

1）将所有线路搭建好，且检查无误后，进行初步调试，发现灯无规则点亮，最后查证是接到译码器B端的插孔损坏。

2）在调试过程中发现按一次电源开关，LED灯亮一次，没有循环。

发现是555定时器的两个电容接反。

3）共阴极的LED灯需要用导线接到公共地端才能使LED灯正常点亮。

4）把74192的输出引脚搞反，将高位看成低位，低位看成高位，以致灯无规则的闪烁。

6结果评价与改进方法

6.1结果评价

通过反复调试，最后实现了课设要求的基本内容，对调试的结果很满意，LED灯没有其他异常现象的出现。

对每个芯片都做了功能测试，就是搭建整个大电路中，由于各种因素的影响会出现各种各样的问题，这是我们需要注意的地方。

6.2改进方法

1）唯一不足的地方就是没有实现全亮功能，且用了6个

芯片。

可以使用双时钟74193十六进制计数器，这样可以不用清零端，置数端进行设计，而且能够少用一个7420芯片。

直接用一个开关控制UP,DOWN时钟的输入信号。

即可实现左移，右移循环。

7总结

这次的课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理论知识还有自己的想象的能力，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己处理分析电路，设计电路的能力。

我相信是对我一个很好的提高。

平时在学习理论知识的时候，根本就没有想到我所学的这些东西有什么用，他们可以做成什么，只是一味的利用它们来解决课后的习题，没有想其他的用途。

这次的课程设计让我懂得了它们在实际的用途，还有我们身边的很多电路，例如频率计、交通灯、数字钟等这些都是我们自己可以实现的。

此次课程设计是我进大学的第一个课程设计。

从最初的选题，购买元器件，组装，调试到完成设计，每一个过程都是锻炼自己。

极大的锻炼了电路设计实践能力，培养了自己独立设计能力。

此次课程设计是我专业知识的检验和巩固。

在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个模块电路的连接及电路的细节设计上，通过对方案的反复斟酌和电路的多次调试，使得电路稳定工作。

希望以后能有更多的机会去进行课程设计。

8参考文献

数字电子技术基础（阎石.第5版）

数字电子技术基础吴友宇

本科生课程设计成绩评定表

姓名

性别

专业、班级

课程设计题目：

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

设计方案和内容

（30分）

制作与调试

（30分）

说明书内容和

规范程度

（20分）

答辩

（10分）

考勤

（10分）

总分

（100分）

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日

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