花样彩灯控制器课程方案.docx

1、花样彩灯控制器课程方案个人资料整理 仅限学习使用摘 要彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。本次设计的四花样彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。本次课程设计要设计一个四花样彩灯控制器。首先要分析设计要求，从要实现四花样入手推导出要使用的芯片。可通过八位右移寄存器 74LS164 实现八个彩灯的向右移动，从它的右移输入端输入四种码来实现它的四种花样。根据四种花样确定这四种码，可通过模十六计数器 74LS161 的输出端接与门 74LS08 和非门 74LS04 产生。要实现彩灯的自动转换，把四种码输入四选一数据选择器 74LS1

2、53 的四个输入端，它的地址输入端接双 D 触发器 74LS74 的两个输出端， 74LS74 可产生四种循环的状态，从而实现彩灯的自动转换。时钟信号由两个 555 产生，一个产生周期为0.721 秒的矩形脉冲控制模十六计数器 74LS161 和八位右移寄存器 74LS164,另一个产生周期为 14.01 秒的脉冲控制双 D 触发器。当彩灯完成一种花样时，双 D 触发器输出状态改变，数据选择器选择另一种码输出，彩灯变为下一种花样，直到完成四种花样再循环变化。经实验验证，所设计的四花样彩器能完成四花样变换，每一种花样循环两次，四种花样不断循环。关键字： 时钟脉冲 分频 自动转换 数据选择器目录1

3、21.1232.132.2353.153.2584.155584.294.3114.4134.514165.1161718119个人资料整理 仅限学习使用附录 2 元器件清单 20前 言彩灯控制器有着非常广泛的运用，如：控制器等等，现简单介绍如下 ：LED 彩灯，音乐彩灯控制器， 二维彩灯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。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。但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制LED作成品只能按照固定的

4、模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态 参数。优易 LED 全彩灯光控制系统由 Color Edit 编辑软件、主控器、分控器和 LED 光源组成，广泛应用于城市景观、风景名胜、道路桥梁、建筑轮廓、娱乐场所、户外广告、室内装饰等美化、亮化工程。二维彩灯控制器可控制五路彩灯逐行递增点亮，再逐行递减熄灭。若将一定数量的彩色灯组合联接，就能营造出平面上色彩变化的场景，这比通常控制一条线上的色彩流动更加丰富绚丽。控制器采用数字集成块，外围元器件少、电路结构简单，只要元器件完好、装接无误，装后无须调试即可一举成功。音乐彩灯控制器是专用于卡拉 ok 厅 KTV 包

5、房的彩灯控制设备，其最大优点是不与电视音响等设备有任何连接，本设备通过检测包房里的环境音频信号强弱来控制通过彩灯的电流大小 即亮暗程度）来烘托娱乐的兴趣的目的，也就是随着声音的大小而使彩灯闪烁，歌声和彩灯一起跳动，从而让唱歌人激情高涨，留连忘返。个人资料整理 仅限学习使用第一章 设计要求1.1 设计课题及要求一） 题目： 四花样彩灯控制器 彩灯一亮一灭 , 从左向右移动；(2 彩灯两亮两灭，从左向右移动；(3 四亮四灭，从左向右移动；(4 从 1 8 从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭；(5 四种花样自动变换。三） 主要参考元器 ：555 定时器，模十六计数器 74LS161，双 D 触发器 74

6、LS74，与门74LS08，非门 74LS04，四选一数据 选择 器 74LS153，八位移 位寄存器74LS164。个人资料整理 仅限学习使用第二章 系统组成及工作原理2.1 系统组成框图把四花样彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计 , 每一个模块完成特定的功能, 再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可由四个模块组成，它们分别是：四种码产生电路、开关电路、数据输出、时钟电路。设计框图如图 2.1 所示：多谐振荡器多谐振荡器 分频计数器 数据选择器 移位寄存器多谐振荡器 开关电路 输 出图 2.1 系统组成框图由两个 555 构成两个时钟电路，由模十六计数器和组合逻辑

7、门构成四种码产生电路，由双 D 触发器和数据选择器构成开关电路，由移位寄存器和八个彩灯构成输出电路，一个时钟控制模十六计数器和移位寄存器，另一个时钟控制双 D触发器。2.2 工作原理分析个人资料整理 仅限学习使用从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，即改变彩灯移动的速度，得到不同的动态效果。多谐振荡器、双 D 触发器、数据选择器共同组成一个电子开关。多谐振荡器输出的计数脉冲经双 D 触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到 00、01、10、11 四种逻辑状态。这四个状态作为数据选择

8、器的四个数据通道选择信号，对应从模十六计数器输送到数据选择器的 QA， QB，QC，QD四个分频信号。其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。当双D 触发器输出为“ 00”时，数据选择器输出 10000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样一；为“10” 时，数据选择器输出 11000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样二；为“01” 时数据选择器输出 11110000 序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；为“11” 时数据选择器输出1111111100000000 序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。调节开关电路的CP脉冲产生电路的电阻，可以改变开关的切换时间用以选择每种花样出现时

9、间的长短。数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从 Q0 到 Q7 顺序移动。移动的八位控制信号直接控制发光二极管的亮灭，就出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。个人资料整理 仅限学习使用第三章 电路方案设计3.1 电路图设计将各单元电路组织起来就得到了系统电路图，如附录 1 所示：本电路图设计简单、结构清晰，可分为四种码产生电路、开关电路、输出电路和时钟电路这四个模块。四种码产生电路由模十六计数器和组合逻辑门构成，开关电路由双 D 触发器和数据选择器构成，输出电路由移位寄存器和彩灯构成，时钟电路由两个 555 构成。通过改变多谐振荡器的

10、电阻可改变彩灯流动的速度和各花样持续的时间，实现了彩灯花样的动态变化，增强了控制器的灵活性。3.2 方案比较比较方案1：在原方案的基础上，用模十六计数器 74LS161 的输出端的最高位 QD 作为双 D 触发器的时钟，可以少用一个 555 定时器。计数器每计八个数， QD 由低电平变为高电平，双 D 触发器的状态改变，四选一数据选择器 74LS153 选择下一种码输出，彩灯U3U1A74LS04DU2C314129AQA813U2B410QBU1BBU6512344674LS08DCQCU411365QD74LS04D6QAD74774LS08D1C0151YQBENPA15U1C51061

11、C12RCO4QCENT5B691C23QDLOAD1011C3874LS04D10QECLRCL K9282C0119112YQFCL K2C191274LS161D12QGCL RU1D 74LS04DU7B2C21313QHU7A142C374LS164D410A21PR2PR251291B1Q2Q1D2D 1G1574LS74D674LS74D8 2G311 1Q 2Q74LS153D1131CL R2CL R个人资料整理 仅限学习使用变为另一种花样，以后四种花样循环改变。如图 3.1 所示 :图 3.1 比较方案 1 电路图如果按此方案连接电路，彩灯无法完成第四种花样 C (4-1要

12、用两个 555 产生两个时钟脉冲 , 一个控制 74LS161模十六计数器和八位移位寄存器 , 要能看到彩灯的流动 , 其周期设为 1 秒左右 , 电阻值和电容值可设为：R1=1K ， R2=51K ， C=0.01 F由公式 4-1 ）计算得： T=0.721S电路图如图 4.1 所示 :VCC5VR11kohm8U14VCCR2RST73OUT51kohmDIS62T HRT RI555_VIRT UAL5CONGNDC11C20.01uF10uF个人资料整理 仅限学习使用图 4.1 时钟电路另一个 555 产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换 , 其周期设为模十六计数器的 20 倍 , 改变

13、 R1、R2的阻值即可，可设为：R1=1K ， R2=1M ， C=0.01 F由公式 4-1 ）计算得： T=14.42S4.2 四种码产生电路根据彩灯要实现的四花样 , 可确定移位寄存器输出的二进制码 , 即四种码产生电路要产生的码，如表 4-1 所示：表 4-1 四种码花样状态要求周期 次态 N(t号Q4Q3Q2Q1Q4Q3Q2Q1表Z1 Z2 Z3 Z44-2计数器真值表个人资料整理 仅限学习使用000000001011110001001000112001000110011300110100000140100010100015010101100001601100111000170111

14、1000111081000100101109100110100010101010101100101110111100000012110011010000131101111000001411101111000015111100001111由表 4-2 分析得：Z1=Q3Q2Q1Z 2=Q3Q2Z3=Q3Z4=Q4所以四种码产生电路如图VCC5VU11CLR9LOAD个人资料整理 仅限学习使用4.2 所示：U3A12U2A311&74LS04N2U3B3474LS08NU2B151610ENT7RCO474LS04N&52ENP CL K3QAA4U3C5674LS08N11413 74LS04N

15、QBB512U3DQCC6QDD74LS161N9 811 174LS04N图 4.2 四种码产生电路4.3 彩灯开关电路要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器 74LS153 循环地输出Z1、Z2、Z3、 Z4。使双 D 触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端，双 D 触发器能产生 00、01、 10、 11 这四钟循环的状态，从而使选择器循环的选择一种码输出，实现彩灯的四花样循环。开关电路图如图 4.3 所示：个人资料整理 仅限学习使用VCCU25V14A2B1U1AU1B6 1G74101C01Y5 1PR 2PR591C131141Q2Q1CL K2CL K1C2261283 1Q 2Q11D132D151C31CL R2CL R 2G91074LS74N74LS74N2C02Y112C112132C22C374LS153N图 4.3 开关电路令 Q1Q2=AB ，74LS153 数据选择器的功能表如表 4-3 所示：表 4-3 数据选择器功能表BQ2） AQ1） 1Y00Z110Z3