多功能彩灯图形控制电路设计Word文件下载.docx

1、哈尔滨工业 大学出版社，20107 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.20058 赵淑范，王宪伟电子技术基础实验及课程设计清华大学出版社.20069 杨承毅，肖诗海,邹友志脉冲及数字电子技术.人民邮电出版社2008.2.110 王渊峰戴旭辉.Altium DesignerlO电路设计标准教程科学出版社.2011. 14课程设计工作进度计划:序号起迄曰期工作内容12015.10.23布置任务，教师讲解设计方法及要求22015.10.24-2015.10.31学生杳找阅读资料，初定方案，小组会议讨论并确定方案32015.11.1-2015.11.15设计及计算42015.11.

2、15-015.12.29实物调试并写说明书，小组讨论52016.1.27答辩:主指导教师i肖金凤!日期： 2015年10月23日前言 61设计内容及要求 71.1设计目的 71.2设计要求 72系统组成及工作原理 82.1系统组成 82.2工作原理 83电路设计及其工作原理 93.1利用555定时器制作一个秒信号发生器 93.274LS161实现8进制加计数 113.374LS04 反相器 123.474LS161 连接 LED 彩灯 133.5编码和译码显示 134实验仿真及实验测试结果 154.1仿真图 154.2实际测试图 185设计总结 20参考文献 21附录一 PCB图 22附录二实

3、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 灯山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

4、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事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：LED 74LS161 74194 555 定时器1设计内容及要求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

5、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（8X8）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：4.要有数码管显示当前是第儿种组合；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系统组成图2.1系统组成图2. 2工作原理首先山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

6、原理3. 1利用555定时器制作一个秒信号发生器3. 1. 1 555定时器的结构图（见图3.1）图3. 1 555泄时器结构图555定时器的功能主要III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。在电源及地之间加上电压，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的输岀为0,可使RS触发器置1, 使输出端OIT二1。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

7、电平。3. 1.2 各个引脚功能：I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 18Vo 一般用5V。3脚：输出端Vo2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0.01M F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端及放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。在1

8、脚接地，5脚未外接电压，两个比较器Al、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Q放电管T功能X导通直接清零保持上一状态导通截止置1清零电路图如图32所示图3.2 555左时器电路图3.2 74LS161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33。Vcc TC Qo Oi 02 Q3 CET PEri而冋冏同同冋rnii iznirEnirEJ u iiR CP Pq Pi P2 P3 CEP GND图3. 3 （741sl

9、61引脚图）管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0清零/MR使能 CEP, CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. （TC二QOQIQ2Q3CET）输入输出关系见表3. 2表3. 2输入输出CPZoEPETDzAatdCbQsQ：Qo状态码加13. 3 74LS04反相器Vg A& YB AS VS JU V4131211109 80-4X-O*4J6 pA1 Y1 A2 Y2 A3 V3 CWO图3.4 74LS04反相器74LS161及74LS04连接电路图如图34所示图35 74LS161及74LS04连接图3.4 74LS161 连接 LED 彩灯图3. 6 74LS16

10、1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（YaYg）端外, 74LS48还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）,以及既有输入功能乂 有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。山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二0000外，RBI也可以接低电平。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/

11、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 = O）此时BI/RB0端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，及 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111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

12、灭，不显示这个零。 DCBAH0,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36：图3.7 74LS48引脚排列图及真值表4实验仿真及实验测试结果4. 1仿真图本仿真实验釆用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

13、，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42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）畳HnlrrgP图4.4第三种彩灯图形变化（局部仿貞）图45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

14、，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，及理论仿真图一致。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，及理论仿真 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，及理论仿真图一致。实物壳灯情况如图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，及理论仿真图一致。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48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

15、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讣了一套电路原理和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，山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

16、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，做完课程设讣，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LI的，实践是检验真理的唯一标准。本次电子课程设计将理论及实践有机结合， 既考查了同学对理论知识的掌握程度，乂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，2013.82 尤佳,李春雷

17、，伍春洪,杨淑华.数字电子技术实验及课程设计M.北 京：机械工业出版社.2014.43 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 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. 16 王喜斌，王凤宇.电子技术实验及课程设计及创新及竞赛M.哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社，20107 周惠朝.常用电子元件及典型应用.北京：8 赵淑范，王宪伟.电子技术基础实验及课程设计.清华大学出版社.20069 杨承毅，肖诗海,邹友志.脉冲及数字电子技术.人民邮电出版 社.2008. 2. 110 王渊峰.戴旭辉.Altium DesignerlO电路设计标准教程.科学出版 社.2011. 1附录一 PCB图刑/丿J vxl zzzz/r 7/w/rztoonoooc&nooooao”/尸X Z#J 尸 cc as-16 ）|g o” |10000nl附图2实物图元件清单表如附表1附录三元件清单附表1元件需数量备注Cap0. 01uF 4. 7uFRes20k, 30k555秒信号发生器74LS161计数7404反相74194移位寄存器74LS48译码LED-BLUE8彩灯，负载