毕业设计多路彩灯控制电路设计.docx
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毕业设计多路彩灯控制电路设计
彩灯控制器设计任务书
1．设计目的与要求
设计一个彩灯控制器，要认真并准确地理解有关要求，独立完成系统设计，在双干线的路口上，交通信号灯的变化按照下面假定进行计时：
（1）多路彩灯（至少4路）；
（2）任何时刻彩灯闪烁，彩灯交替时间为1s；
（3）能完成3种以上闪烁功能的切换。
2．设计内容
（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；
（2）确定元器件及元件参数；
（3）电路仿真；
（4）SCH文件生成与打印输出；
（5）PCB文件生成与打印输出。
3．编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。
4．答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
1引言………………………………………………………………………………………3
2总体设计方案……………………………………………………………………………3
2.1设计思路………………………………………………………………………………3
2.2总体设计框图…………………………………………………………………………4
3设计原理分析……………………………………………………………………………4
3.1脉冲信号发生器………………………………………………………………………4
3.2三色跑灯控制电路……………………………………………………………………5
3.3环形彩灯显示电路…………………………………………5
3.4数据分配器………………………………………………………………………6
3.5计数器电路…………………………………………………………………………7
3.6计数器/译码分配…………………………………………8
3.7彩灯显示………………………………………………………………………8
4总结与体会……………………………………………………………………………9
参考文献……………………………………………………………………………………10
附录1……………………………………………………………………………………11
附录2………………………………………………………………………………12
附录3……………………………………………………………………13
多路彩灯控制器
摘要:
多路彩灯控制器是用于控制彩灯以不同的方式闪烁，在不同的场合起到装饰作用。
它不仅美观、漂亮，而且使用性很强，可以实现中心彩灯控制一直亮、三色跑灯显示、环形彩灯闪烁显示、十路彩灯闪烁显示，电路综合运用了数字电路的基本知识，完成了多种功能的显示。
关键词：
多路彩灯控制器、555、多谐振荡器、计数器
1引言
随着时代的发展，物质生活水平提高的同时，人们的精神生活也在不断地提高，彩灯作为一种装饰品，不仅可以使你心旷神怡，赏心悦目，还可以为夜空增添绚烂的光彩。
随着城市美化的需求，各路装饰电路都日益完善，彩灯更是最佳选择。
千百年来人们的生活习惯，然而此时眼中所看到的情景却是另一番天地。
这种美景的形成正式归功于各种各样的彩灯。
本店路的设计具有美观、大方、实用等的特点，适用与各种场所和人民，是广大人民装饰、使用的首选物品。
2总体设计方案
2.1设计思路
电路是由脉冲产生电路、脉冲计数电路、数据分配器电路、和彩灯花样显示电路四部分组成。
脉冲产生电路可由555定时器组成的多谐振荡器产生1HZ的方波信号，送入十进制计数/分配器，通过对CP脉冲的计数产生进位信号，并产生高低不同的10个电平，送入第一组彩灯电路，共10路彩灯，用这十路电平控制10路彩灯的闪亮顺序，就可以实现10路彩灯的顺次闪亮。
中心彩灯电路，由多谐振荡电路产生的1HZ振荡信号，直接控制两只发光二极管的闪烁。
三色跑灯电路可由多谐振荡器产生的振荡信号输送给U3、U4的CLK端时U3、U4开始同步计数，从Q0～Q9输出端依次出现高电平使所接对应的发光二极管熄灭，而其余处于低电平输出端的相应连接的发光二极管被点亮。
同理U3、U4中发光二极管均依次点亮、熄灭。
在U3、U4各输出在，在任一时刻，它们总会有一个输出端，输出高电平而其余输出端均为低电平；所以在U3，U4每两个对应输出端为低电平时，两个对应输出端上所连接的发光二极管成为变色光，发出橙色光。
当U3，U4输出的高电平处于两个变色管的相应端时，使两只变色管分别显示为红色及绿色并随着两个高电平的依次跃进，两色跑灯会随之跑动显示，而其余变色管均呈现橙色光，因此电路将呈现出红，绿两色跑灯在橙色背景下显示跑动的情景。
环形彩灯闪烁电路，振荡信号通过NE5553脚输出，经RP限流，驱动发光二极管发光。
由于a环接负电源，故当3脚输出高电平时，与a环相连接的发光二极管导通，与b环相连接的发光二极管截至，当3脚输出低电平时，与a环相连接的发光二极管截至，当3脚输出低电平时，与a环相连的发光二极管截至，与b环相连的发光二极管导通，。
由于与a环相连的发光二极管颜色接红（R）蓝（B）间隔排列，与b环相连的发光二极管也是如此，对于同一双色发光二极管，是红蓝交替变化，从整体上看，形成循环闪光的效果。
2.2总体设计框图
图1多路彩灯控制器整体框图上面
3.设计原理分析。
3.1脉冲信号发生器
信号产生电路用555定时器组成的多谐振荡器组成，接通电源后，电容C1被充电，当VC上升到2/3VCC时，使VO为低电平，同时放电三极管T接通，此时电容C通过R1和Rb2和T放电，VC下降到1/3VCC时，VO翻转为高电平。
电容器C充电所需时间为;
Tpl=R2Cln2≈0.7RC1
当放电时间结束后，T截止，VCC将通过RR向电容C充电，VC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的时间为：
Tpl=（RA+RB）Cln≈0.7（RA+RB）C
当VC上升到2∕3VCC时，电路由高电平翻转为低电平。
如此周而复始，于是，在电路的输出端得到一个周期性的矩形波。
其中：
f=1/（tpl+tph）=1.43/（RA+RB）C
图2555定时器组成的脉冲产生电路
3.2三色跑灯控制电路
由555时基电路组成多谐振荡器，U3、U4为十进制∕分配器CD4017,当IC1产生的振荡信号输送给U3、U4的CLK端时，U3及U4开始同步计时，从Q0～Q9输出端依次出现高电平使所接对立的放光二极管被点亮。
由于U3的Q0～Q9输出端分别与U4的Q0～Q9输出端一一对应连接，这样使得每两个相对立的输出端上的红绿发光二极管同时点亮时，变色管会发出橙色光。
在U3,U4各输出端中，在任一时刻，它们总会有一个输出端，输出高电平而其余输出端均为低电平；所以在U3，U4每两个对应输出端为低电平时，两个对应输出端上所连接的发光二极管成为变色光，发出橙色光。
当每两个对应的输出端一个为高电平，另一个为低电平时，该高电平使变色管中的某色发光二极管熄灭，而使该变色管呈现出低电平输出端所连接的发光二极管显示出相应颜色的光来。
因为U3，U4的高电平输出端不同时处于同一只变色管中，因此每一只变色管均不会因其中两只红绿发光二极管同时熄灭而无颜色显示，当U3，U4输出的高电平处于两个变色管的相应端时，使两只变色管分别显示为红色及绿色并随着两个高电平的依次跃进，两色跑灯会随之跑动显示，而其余变色管均呈现橙色光，因此电路将呈现出红，绿两色跑灯在橙色背景下显示跑动的情景。
调节RP1可改变IC1振荡电路的频率使其在1～5HZ内变化，使跑灯因跑动速度不同而呈现出各种不同的效果。
3.3环形彩灯显示电路
该电路由振荡器和红绿双色发光二极管阵列构成，NE555时基电路与外接电阻R1，R2及电容C1构成一个多谐振荡器，振荡信号通过NE5553脚输出，经RP限流，驱动发光二极管发光。
由于a环接负电源，故当3脚输出高电平时，与a环相连接的发光二极管导通，与b环相连接的发光二极管截至，当3脚输出低电平时，与a环相连接的发光二极管截至，当3脚输出低电平时，与a环相连的发光二极管截至，与b环相连的发光二极管导通，。
由于与a环相连的发光二极管颜色接红（R）蓝（B）间隔排列，与b环相连的发光二极管也是如此，对于同一双色发光二极管，是红蓝交替变化，从整体上看，形成循环闪光的效果。
电路中闪光频率1Hz，通过改变G值可改变频率，G增大频率降低，G减小，频率升高。
3.4数据分配器
数据分配器/译码器74LS154芯片，此芯片为四线-十六线的数据分配器。
接收4位2进制代码输入，高电平有效，输入选通G1,G2低电平有效，输出负逻辑。
74LS154芯片的管脚图，功能表如下：
图374LS154管脚图
输入
输出
G1
G2
D
C
B
A
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2
3
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5
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表174LS154功能表
3.5计数器电路
计数器电路主要由74LS93集成电路来构成十进制计数器，再通过组合来完成所需的各种功能。
工作原理;计数器采用反馈清零法，当达到某个数值时，反馈仅为信号给使能端，使计数器所有输出都归零，然后再循环计数，这样就可以完成计数功能。
74LS93是集成二进制计数器芯片，它的内部逻辑为：
图5内部逻辑图
3.6计数器/译码分配器
电路采用十进制计数/分频器CD4017，它是一种用途非常广泛的电路。
内部由计数器和译码器两部分电路组成，由译码器输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时需时00、01、…、09依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
4017有三个输入端，，十个输出端和一个进位输出端。
没输入十个计数脉冲，进位输出就得到一个正脉冲。
图64017管脚图
3.7彩灯显示电路
此电路分为四路彩灯，每路都有自己的控制电路。
图中发光二极管采用普通发光二极管，分别为红色、绿色、蓝色；电阻值、电容值分别为图中的标注。
第一路彩灯显示电路:
如图，由555时基脉冲电路产生的1HZ信号来送入第一个和第二个发光二极管，主要是用来进行1HZ的不断闪烁。
第二路彩灯显示：
此电路的显示是当U1产生的振荡信号输送给U3、U4的CLK端时，U3及U4开始同步计时，从Q0～Q9输出端依次出现高电平使所接对立的放光二极管被点亮。
由于U3的Q0～Q9输出端分别与U4的Q0～Q9输出端一一对应连接，这样使得每两个相对立的输出端上的红绿发光二极管同时点亮时，变色管会发出橙色光。
U3、U4为十进制∕分配器CD4017。
第三路彩灯显示电路：
如图，从74LS93的输出端引出了四路信号QAQBQCQD直接接至数据分配器74LS154的数据输入端A、B、C、D，由于此路的74LS93芯片是一个10进制计数器，我们应用了它的10种状态来控制74LS154的数据分配，使得它的分配随着74LS93芯片的变化而变化。
第四路彩灯显示电路：
该边路为环形显示电路，通过电位器电压的改变时A环B环的二极管按不同时间发光。
4总结体会
电路是由脉冲发生电路、脉冲计数电路、数据分配器、和彩灯显示电路四部分组成。
脉冲产生电路由555定时器组成的多谐振荡器，主要用与1HZ脉冲信号的产生；计数器是用于对1HZ脉冲信号的技术和分频；最后通过分配器来控制彩灯控制电路的各种花样显示。
其具有美观、大方、使用等的特点。
电子技术是我的专业课，以前我只注重理论知识的学习，认为只要理论知识学好就可以了，但是这次课程设计实习后我深深的体会到自己学的东西是那么的少，只学习理论知识是远远不够的，它只是一部分，还要理论联系实际，在实践中运用才是最重要的，同时在实践中加以运用也是我们的目的，所以我要在以后的专业学习中注重理论与实践结合，使自己的理论和实践并重发展。
在这次课程设计中，我感慨甚多，从选题目到定题目我都做了精心准备，当我确定好题目后我就充分利用所学的知识对我的设计题目进行思考、部署。
当然自己所学的知识是远远不够的所以我在图书馆、网上查找相关知识，经过自己的努力终于完成了本次设计。
在实习中，面对很多以前没有接触过的知识时总会查找资料，不禁学到了很多新的知识，还可以对以前学的知识进行巩固复习，认识到自己的不足和缺点，怒路提高自己的知识水平。
通过本次实习，提高了自己的实际动手能力和独立思考能力，思考能力的提高，有利于自己以后的学习和工作，培养自己处理问题的能力，可以为社会做更大的贡献。
参考文献
[1]康华光，电子技术基础（数电部分）【M】第五版.北京：
高等教育出版
【2】南寿松，电子实验与电子实践中国标准出版社2004
【3】肖玲妮袁增贵PROTEL99SE印刷电路板设计教程清华大学出版社2003
【4】赵文博新型常用集成电路速查手册人民邮电出版社2006
附录1
附录2
附录3
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