八路彩燈控制器課程設(shè)計(jì)

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 第1章緒論 彩燈，又名花燈，是我國(guó)普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合性的 工藝品。彩燈藝術(shù)也就是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。彩燈的產(chǎn)生， 是從人類運(yùn)用火、發(fā)明燈、制造燈具等發(fā)展而來(lái)的。隨著我國(guó)科 學(xué)技術(shù)的發(fā)展，彩燈藝術(shù)更是花樣翻新，奇招頻出，傳統(tǒng)的制燈 工藝和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合，將電子、建筑、機(jī)械、遙控、聲 學(xué)、光導(dǎo)纖維等新技術(shù)、新工藝用于彩燈的設(shè)計(jì)制作，把形、色、 光、聲、動(dòng)相結(jié)合，思想性、知識(shí)性、趣味性、藝術(shù)性相統(tǒng)一的 典范。 現(xiàn)今生活中，市場(chǎng)上為能吸取顧客的注意；搞出各式各樣的 方法，其中彩燈的裝飾便是一種非常普遍的一種，即可起裝飾宣 傳作用，又可以烘托起

2、現(xiàn)場(chǎng)氣氛，城市也因眾多的彩燈而變得燦 爛輝煌。本設(shè)計(jì)的彩燈確能成為現(xiàn)實(shí)的一種，但技術(shù)上日后將會(huì) 有更大的改善和提高。 本設(shè)計(jì)以 IC CD40194 和 IC CD4069 和 IC CD4071 芯 片實(shí)現(xiàn)，提出一種手動(dòng)彩燈控制器，它的主要元件均采用CMOS 數(shù)字電路，驅(qū)動(dòng)部分采用三極管 9014，因此具有電路簡(jiǎn)潔、工 作可靠，控制形式多樣，使用安全方便的特點(diǎn)。 第2章功能及方框圖 2.1功能簡(jiǎn)介 彩燈控制器能夠使彩燈控照一定的形式和規(guī)律閃亮，起到烘 托節(jié)日氛圍、吸引公眾注意力的作用。彩燈控制器多種多樣，本 設(shè)計(jì)的彩燈控制器主要功能： (1 )可以控制8路彩燈。 (2)彩燈點(diǎn)亮方式既可以向左

3、(逆時(shí)針)移動(dòng)，也可以向右 (順時(shí)針)移動(dòng)，還可以左右交替移動(dòng)。 (3 )起始狀態(tài)可預(yù)置 (4 )移動(dòng)速度和左右交替速度均可調(diào)節(jié)。 22 2.2電路萬(wàn)框圖 XEXXXXXX / 7 7 7 7 -T 圖1彩燈控制方框圖 第3章電路 附錄1所示為彩燈控制器電路圖。它的主要元器件均彩 CMOS數(shù)字電路，驅(qū)動(dòng)部分采用晶體管VT,因此具有電路簡(jiǎn)潔、 工作可靠、控制形式多樣，使用安全方便的特點(diǎn) 3.1電路功能結(jié)構(gòu)組成 整機(jī)電路包括以下功能單元：整機(jī)的核心是兩個(gè)CD40194 級(jí)聯(lián)組成的8位雙向移位寄存器，控制8路彩燈按一定規(guī)律閃亮。 (1) S1、S2、SB組成的預(yù)置數(shù)控制電路，它控制 8位移存 器的初

4、始狀態(tài)，即8路彩燈的起始狀態(tài)。 D5、D6等組成時(shí)鐘振蕩器，它為寄存器提供時(shí)鐘脈沖。 (3) D3、D4、S3等組成的移動(dòng)方向控制電路，它控制移位 寄存器作左移、右移或左右交替移動(dòng)。 VT1VT8以及SSR1SSR8組成的8路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電 路，它在移位寄存器輸出狀態(tài)的控制下，驅(qū)動(dòng) 8路彩燈H1H8 分別點(diǎn)亮或熄滅。 (5)電源部分由試驗(yàn)臺(tái)直接提供+6V電壓。 3.2整機(jī)簡(jiǎn)要工作原理 IC1和IC2級(jí)聯(lián)組成8位雙向移位寄存器，在D5、D6產(chǎn) 生的時(shí)鐘脈沖CP的作用下循環(huán)移位運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。雙向移 存器的8個(gè)輸出端Q1Q8分別經(jīng)晶體管VT1VT8控制8個(gè) 發(fā)光二極管H1H8。當(dāng)某Q端為” T時(shí)，與

5、該Q端對(duì)應(yīng)的 VT接通相應(yīng)的彩燈H的電源，使其點(diǎn)亮。當(dāng)某 Q端為“ 0時(shí)， 對(duì)應(yīng)的VT截止切斷相應(yīng)彩燈H的電源而熄滅。由于Q1Q8的 狀態(tài)在CP作用下不停地移位，所以點(diǎn)亮的彩燈便在 H1H8中 循環(huán)流動(dòng)起來(lái)。 彩燈的初始狀態(tài)由S1和S2預(yù)置，預(yù)置好后按一下SB將預(yù) 置數(shù)輸入，其輸出端 Q1Q8的狀態(tài)（也就是彩燈H1H8點(diǎn) 亮的情況）而等于預(yù)置數(shù)，而后在 CP的作用下移動(dòng)。彩燈移動(dòng) 的方向由S3控制，也可以選擇 左移”、右移”或左右交替?！?3.3門電路多諧振蕩器 多諧振蕩電路不僅可以由晶體管或 NE555時(shí)基電路組成，而 且也可以用兩個(gè) CMOS門電路組成（如圖2），CMOS門電路 輸入高電阻

6、抗高、更容易獲得較大的時(shí)間常數(shù)，尤其適用于低頻 時(shí)鐘振蕩電路，在圖中所示中，D5、D6等組成多諧振蕩器，產(chǎn) 生秒信號(hào)脈沖，振蕩周期T=0.15s0.67s （R調(diào)節(jié)），如下圖 所示，當(dāng)B點(diǎn)由“0變?yōu)椤?1時(shí)，由于電容器C3、C4 （兩個(gè)電解 電容反極性相接構(gòu)成一個(gè)無(wú)極性大電容）的兩端電壓不能突變， C點(diǎn)也為“1，普通Ra使D5輸入端為“1。隨著C1、C2的充 放電，C點(diǎn)也為“ 1；普通Ra使D1輸入端為“1。隨著C1、C2 的充放電，C點(diǎn)電位逐漸下降，當(dāng)降至CMOS門電路的閥值（約 3V ）此循環(huán)形成振蒎，振蕩周期 T=2.2（RB+RP）*C=SRA 圖2多諧振蕩電路 R2 0是補(bǔ)償電阻，可

7、提高振蕩頻率的穩(wěn)定度。 3.4控制電路 控制電路包括預(yù)置電路、移動(dòng)方向控制電路和移動(dòng)速度控制 電路等。 3.4.1預(yù)置數(shù)控制電路 預(yù)置數(shù)控制電路由兩個(gè)四位地址開關(guān) S1、S2和按鈕開S組 成，用于設(shè)置移存器的初始狀態(tài)，即彩燈的起始狀態(tài)。每個(gè)地址 開關(guān)中包含四只開關(guān)，附錄1所示電路圖中的接法，開關(guān)閉合時(shí) 為“ 1”開關(guān)斷開時(shí)為“0”可根據(jù)要求設(shè)置。移存器的兩個(gè)狀態(tài) 控制端ST1、ST0分別由或門D1、D2控制。當(dāng)按下預(yù)置數(shù)開 關(guān)SB時(shí)，“ 1龜平（+6V ）加至D1、D2輸入端，D1、D2輸 出均為“ 1”使ST1、ST0= “ 1T,設(shè)置好的預(yù)數(shù)并行進(jìn)入移存 器，如圖3所示。 Q1Q2Q3Q4

8、Q5QSQ7Q8 1 U 4 h |r J STI ST2 1 1 PlP2Ft3PP5P5P7PS 圖3預(yù)置數(shù)狀態(tài) 例如，設(shè)置P1P8為“ 111001100，按下SB時(shí)，Q1Q8 便成為 “ 111001100 , H1、H2、H3、H6、H7 亮，H4、H5、 H8滅。當(dāng)松開SB時(shí)，ST1、ST0工“ 1,移存器便在CP作用 下使預(yù)狀態(tài)移動(dòng)。 3.4.2移動(dòng)方向控制電路 前面已介紹過，移存器移動(dòng)方向由 ST1、ST2的狀態(tài)決定。 為了實(shí)現(xiàn)左右交替移動(dòng)。電路設(shè)計(jì)了一個(gè)由反相器D3、D4等組 成的超低頻多諧振蕩器，并由選擇開關(guān) S3控制。 當(dāng)S3將D3輸入端接地時(shí)，多諧振蕩器停振，使 ST0

9、、 ST1狀態(tài)呈“10,移動(dòng)器右移，如圖4 (a)所示。 當(dāng)S3將D3輸入端接+6V時(shí)，多諧振蕩器仍停振，但不 同的是ST0、ST1狀態(tài)為“01”，移存器左移，如圖4 (b)所示。 當(dāng)S3懸空時(shí)，多諧振蕩器振，使ST1、ST0狀態(tài)在“01” 和“ 10之間來(lái)回變化，移存器便左移與右移交替進(jìn)行。電位器 RP用于調(diào)解振蕩周期、改變左右移動(dòng)的交替時(shí)間，效替時(shí)間可 在2.5秒至7.5秒左右的范圍內(nèi)選擇。C3、C4兩電解電容反向 串聯(lián)，等效為一個(gè)無(wú)極性電容。D3、D4的輸出端分別經(jīng)或門 D1、D2至U ST1、STO端，當(dāng)SB按下時(shí)，D1、D2輸出均為 “ 1 ” 此時(shí)預(yù)置數(shù)輸入。 圖4移動(dòng)方向示意圖

10、343移動(dòng)速度控制電路 時(shí)鐘頻率的高低決定了移存器的移動(dòng)速度，時(shí)鐘脈沖由反相器組 成（詳細(xì)見3.3節(jié)介紹）。 3.5雙向移位寄存器 8位雙向移位寄存器由IC1、和IC2級(jí)聯(lián)組成，如圖5所 示。IC1、IC2均可采用4位雙向通用移寄存器集成電路 CD40194，其性能較強(qiáng)，即可以左移，也可以右移；即可以 串行輸入，也可以并行輸出；即可以串行輸出，也可以并行輸 出。CD40194有四個(gè)輸出端QQ4 ;有四個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入商 P1P4，一個(gè)左移串行數(shù)據(jù)輸入端 DL和一個(gè)右移串行數(shù)據(jù)輸 入端DR;還有2個(gè)狀態(tài)控制端ST1、ST0= “11”時(shí)，預(yù)置數(shù) 并行輸入移存器。 將兩CD40194 級(jí)聯(lián)即可組成8

11、位移位移位寄存器，電路 中，IC1的第一位輸出端（Q1 ）接IC2的左右移串行數(shù)據(jù)輸 入端DL，IC1的第四位輸出端（Q4 ）接IC2的右移串行數(shù)據(jù) 輸入端DR、IC2的第一位輸出端 DR，兩片CD40194 的CP、 ST1和ST0并聯(lián)即可。右移時(shí)數(shù)據(jù)按 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8的方向移動(dòng)，Q8的信號(hào)又經(jīng)右移串行數(shù) 據(jù)輸入端DR輸入到Q1，形成循環(huán)。左移時(shí)，數(shù)據(jù)按 Q8 J Q7 JQ6 JQ5 JQ4 JQ3 JQ2 JQ1的方向移動(dòng)，Q1的信號(hào) 又經(jīng)左移串行數(shù)據(jù)輸入端 DL輸入到Q8，形成循環(huán)。 QI Q2 03 Q4 人 卡 A * IC2 IC1 Q5 Q6 Q

12、ZQ3 T f * 牛 QI Q2 ffi Q4 CT 7T1 理2 T ST1: 3T2 圖5雙向移位寄存器 第4章組裝及調(diào)試 組裝前準(zhǔn)備：先備好所需工具（電烙鐵、各元器件、萬(wàn)能表 等）并檢查元件有無(wú)損壞（本機(jī)元件可用萬(wàn)能表測(cè)出性能）準(zhǔn)備 工作完成后，開始捍接工作。 4.1振蕩電路 先將振電路捍好，本電路采用二個(gè)門電路起振（D5、D6） 電容參數(shù)為C5+C6=9.4u ，各部分按電路圖接法捍好。然后用 一個(gè)+6V直流穩(wěn)壓源直接到CD4069電源端，用一只發(fā)光二極 管正極接到振蕩電路輸出端（D6非端），負(fù)極接地，此時(shí)二極 管將會(huì)一閃一閃，此時(shí)為正常現(xiàn)象，再調(diào)一下RP2，二極管的閃 爍頻率就會(huì)隨

13、調(diào)節(jié)而改變頻率。如果沒有以上現(xiàn)象，查看RP2引 腳有沒有捍錯(cuò)和虛捍現(xiàn)象，直至電路達(dá)到上述效果為止。此時(shí)振 蕩電路接近裝調(diào)工作。 4.2方向控制電路 此電路較為簡(jiǎn)單，但突為重要，組裝時(shí)應(yīng)特別注意，這是本 機(jī)功能控制的關(guān)健部位。本電路由CD4069的二個(gè)反相器（D3、 D4 ）和CD4071中的二個(gè)或門（D1、D2 ）等組成。先捍好電 容和電阻后，檢查會(huì)不會(huì)起振，檢查方法如同振蕩控制電路。再 將其與D1D2連接好，用萬(wàn)能表測(cè)D1、D2的輸出端（即ST1、 STO ）端是否如圖4所示相互變換，即（ST1和ST0 ）的值會(huì)不 會(huì)隨S3開頭變化而達(dá)到停止振蕩和起振，特別S3拔至懸空腳 時(shí)，二個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)不會(huì)

14、交替變換。這用二個(gè)發(fā)光二極管代替表等效 果更為顯著，并調(diào)動(dòng)RP1二個(gè)二極管變換時(shí)是否與 RP1的變化 而變化，如不會(huì)顯示上述效果，檢查方法與振蕩電器一樣，直至 達(dá)到預(yù)設(shè)效果后，此電路完成組裝工作。 4.3預(yù)置電路 此電路相對(duì)簡(jiǎn)單，接電路的接法接好后，先放置不理，因?yàn)?此電路要全電路捍接后才能有明顯效果作用，調(diào)試也比較方便。 4.4顯示電路 顯示電路主要由晶體管VT（ 9014 ）和發(fā)光二極管代替彩燈 H （文內(nèi)便用H代稱）組成：先按電路的接法捍接后，用能表（X10 檔）黑表筆接各VT的基極，紅表筆接H的負(fù)極，此時(shí)H亮，說(shuō) 明正常，紅表筆接C極，黑表筆接e極，H會(huì)亮，正常，各個(gè)三 極管接上二個(gè)方

15、法依次測(cè)試。如果出現(xiàn)問題（H不亮）要檢查電 路的接法和捍接是否虛捍，直至達(dá)到上述現(xiàn)象，此電路組裝工作 將近完成，并后并將e極依將接到雙位移寄存器（用二片 CD40194 級(jí)組成）的Q1Q8端（此檢測(cè)法是按三極管持性和 電路圖連接所得出的）。 4.5移位電路 此電路由CD40194兩塊晶片級(jí)組成，是本機(jī)電路的核心； 捍接只需按電路圖接好，并和預(yù)置電路連接裝一個(gè)SB控制開頭 和裝上一個(gè)6V穩(wěn)壓晶片（7806 ）使整機(jī)穩(wěn)定性提高。接好后通 電，在S1、S2預(yù)置你喜歡的初始狀態(tài)，按 SB、H1H8會(huì)同 S1、S2所預(yù)置的狀態(tài)相同（詳情參考圖5）松開鍵位SB , H1 H8便開始循環(huán)點(diǎn)亮。說(shuō)明預(yù)電路和移

16、位電路正常。如無(wú)法達(dá)到 以上功能，檢查線路是否接對(duì)和虛捍問題，較對(duì)修改后仍無(wú)反應(yīng)， 萬(wàn)能表測(cè)78063腳電源是否正常，不正常。則捍脫7806的3 腳，用萬(wàn)能表測(cè)電壓是否正常（+6V ），正常說(shuō)明無(wú)問題，可能 是把各式各集成塊的電源極性接錯(cuò)，或某處短路，認(rèn)真再檢查幾 遍，如果仍不正常則只能更換 CD40194 （此障礙占極少數(shù)，只 有極性接錯(cuò)后才會(huì)導(dǎo)致燒，否則不會(huì)雙燒壞，此點(diǎn)最為重點(diǎn)）。 4.6整機(jī)調(diào)試和控制 全電路連接好后，通電讓彩燈點(diǎn)亮，調(diào)節(jié)變速電路（振蕩電 路）開關(guān)，按SB，為是否達(dá)到預(yù)置狀態(tài)。再拔動(dòng) S3 （交替、右 移、左移）等位是否彩燈隨之變化，說(shuō)明正常；最后拔到交替端 （懸空端）調(diào)

17、節(jié)RP1交替的周期是否隨調(diào)節(jié)變化而變化，會(huì)則正 常（此時(shí)最好在調(diào)電路中調(diào)到最快時(shí)，效果會(huì)比較明顯）。電路 達(dá)到上述工作后說(shuō)明整機(jī)捍接成功。如果中途遇到了不同的問題， 就按故障的類型而去檢測(cè)相關(guān)電路，為是否接錯(cuò)和捍錯(cuò)元件。也 有可能電路板捍后下的錫粒所導(dǎo)致而成。 第5章主要故障和檢修方法 彩燈不亮：按一下SB開關(guān)；檢測(cè)彩燈、晶體管VT、電源 電壓是正常和燒壞，隨其更換。 彩燈不閃：檢查振蕩電路有無(wú)脈沖輸出，電路有無(wú)脫捍和虛 捍短路現(xiàn)象；檢測(cè)電容有無(wú)損壞。 彩燈全亮：查看S1、S2開關(guān)是否全拔錯(cuò)，并拔回按B開關(guān)。 查看e極和c極有無(wú)短路或直接接電源，并捍開。 不能預(yù)置：查看S1、S2有沒有脫捍或電

18、阻壞，UR=4V ； SB開關(guān)有無(wú)損壞和脫捍等。 不能調(diào)頻：檢查RP2有無(wú)脫捍和損壞，產(chǎn)更換； 檢查電容會(huì)不會(huì)充放電，并更換。 不能調(diào)交替頻率：檢查RP1有無(wú)脫捍和損壞，并更換； 檢查電容會(huì)不會(huì)充放電，并更換。 檢查D1、D2輸出端有無(wú)交替變換。 總結(jié) 本次課設(shè)已接近尾聲，回顧整機(jī)電路，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)既有優(yōu)點(diǎn)又 有些許的不足，現(xiàn)將本人對(duì)電路的一些看法述說(shuō)如下，謬誤之處 還望老師能不吝賜教。 優(yōu)點(diǎn)：可操作性高，性能穩(wěn)定；能由多種閃亮功能，并能任 意預(yù)置閃亮燈數(shù)目。 缺點(diǎn)：實(shí)用性低，價(jià)格比較貴，體積旁大，不能供應(yīng)大功率 燈炮，需人工操作變幻，要用到大的實(shí)用中需改善。 改進(jìn)：本電路中將IC1和IC2的1腳

19、（清零端）與16腳共 同接電源，致使電路不具備清 0功能，本人考慮可將兩芯片的1 腳級(jí)聯(lián)后接個(gè)按鍵后接地，這樣就可以在電路工作時(shí)按下按鍵能 夠清0。 給予彩燈的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，相信隨著科技的不斷發(fā)展和電路的進(jìn) 一步完善，它必定將在人民生活中得到更廣泛的應(yīng)用，也必定在 市場(chǎng)上有更廣闊的前景。 致謝 歷時(shí)三星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的實(shí)踐 努力以及溫海洋老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完 成。在這段時(shí)間里，溫老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令 我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。同時(shí)本系S303實(shí)驗(yàn)室的 開放也為我的設(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場(chǎng)地。在此對(duì)溫海洋老師及學(xué)院電 子系表示深深的感謝。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我