彩灯控制器设计.docx

1、彩灯控制器设计彩灯控制器设计 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：指导教师：刘桂芬 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

2、 彩灯控制器设计 二、设计任务 1.有六只彩灯 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 34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。指导教师：刘桂芬 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

3、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

4、能。关键词：集成电路；计数器；译码器；1 综述 1 2 方案设计与分析 2 3 电路设计框图及功能描述 3 4 电路原理设计及参数计算 4 4.1 21进制计数器 4 4.2 5-32 译码器 4 4.3 真值表 5 5 各单元电路的制作 6 5.1 21进制计数器的实现 6 5.2 5-32 译码器的实现 7 5.3 控制电路的实现 7 5.4 电路图及仿真 8 6 课程设计体会 9 参考文献 9 1 综述综述 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

5、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设计与分析 方案一：利用两片十六进制计数器 74161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

6、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灯的控制电路，实现彩灯的亮灭控制。该方案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，从而影响对灯的控制结果。3 电路设计框图及功能描述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（0000010110），然后把计数器

7、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电路原理设计及参数计算 4.1 21 进制计数器进制计数器 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，令其对应的每一种状态。21 进制计数器：用 2 片 74161（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

8、需要 23 种状态（00000-10100），所以先用两片 74161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端预置数到零，完成一次完整的循环计数。4.2 5-32 译码器译码器 5线-32线译码器是由 5 片 74138译码器实现，它的扩展原理同用 2 片 74138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 74138 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 74138 即可实现5 线-24线的译码功能，左边的一片 74138芯片用于控制选择右边的三片 7

9、4138芯片的工作或者锁定状态，右边的三片 74138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彩灯的状态，从而实现 21种状态的循环。4.3 真值表真值表 由 21进制计数器输入一个五位二进制数（0000010110），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

10、 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 各单元电路的制作各单元电路的制作 5.1 21 进制计数器的实现进制计数器的实现

11、 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 译码器的实现译码器的实现 5-32 译码器是由 5 个 74138 实现，它的实现原理同用 2个 74138 实现 4-16译码器的原理，设计图如图 5-2。5.3 控制电路的实现控制电路的实现 由真值表可得到各个灯的逻辑表达式如下：L11219；L119；L22131419；L341519；L4314151619；L5012129；图 5-2 5-32译码器 5.4 电路图及仿真电路图及仿真 图 3.1 整体

12、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

13、，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

14、。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