數(shù)電課程設(shè)計循環(huán)彩燈控制器

1、計 說 明 書班級：電子信息0901 學 號：()501090108 學生姓名：張亞軍指導教師：曹建生 日期：2011.1.04緒論自1879年美國科學家愛迪生發(fā)明了白熾燈以來，便 結(jié)束了人類“黑暗“的歷史，給人類以光明，創(chuàng)造了巨 大的財富。如今燈光已成為人民生活中必不可少的家用 品。而相續(xù)發(fā)展起來的的循環(huán)彩燈也成為時代前沿的時 尚藝術(shù)，它以現(xiàn)代高科技為基礎(chǔ)，隨著高技術(shù)日新月異 的發(fā)展，其藝術(shù)性和表現(xiàn)力都產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，實現(xiàn)了 藝術(shù)上的創(chuàng)新與突破，不斷創(chuàng)造岀令人驚嘆、叫絕的視 覺藝術(shù)效果，給人們帶來了美的亭受和心靈上的震撼。伴隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合 可以看到霓虹燈。LED

2、彩燈由于其豐富的燈光色彩，低 廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用 彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。但目 前市場上各式樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路 實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復雜、功能單一，這樣一旦制作成品只 能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間 段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。 這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多、電路復雜、功率 損耗大等缺點而且價格昂貴。此外從功能效果上看，亮 燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響亮燈 效果。因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器迸行改進。利用控制電路可使彩燈按一定的規(guī)律不斷的改變狀 態(tài)，不僅可以獲得良好的觀賞

3、效果，而且可以省電（與 全部彩燈始終全亮相比）o再由于人們對于物質(zhì)生活的要 求也在逐漸提高，不光是對各種各樣的生活電器的需要, 也開始在環(huán)境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光燈 已經(jīng)不能滿足于我們的需要，彩燈的運用已經(jīng)遍布于人 們的生活中，從歌舞廳到卡拉OK包房，從節(jié)日的祝賀 到日常生活中的點綴。這些不緊說明了我們對生活的要 求有了質(zhì)的飛躍，也說明科技在現(xiàn)實運用中有了較大的 發(fā)展。在這一設(shè)計中我們將涉及有關(guān)彩燈控制器的設(shè)計, 從原理上使我們對這一設(shè)計有所了解。將其確實的與我 們生活相聯(lián)系起來。課程設(shè)計任務書一. 設(shè)計題目:循環(huán)彩燈控制器電路二. 主要內(nèi)容及要求共有紅、綠、黃3色彩燈各9個，要求

4、按一定順序和時間關(guān)系運行。動作要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按()5S的 速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5S,再黃燈，后綠燈, 各一次。以此循環(huán)。對各組燈的控制，要求有驅(qū)動電路。(4)對跑動電路，可以每3個一組，交叉安裝，分別點亮 每一組，利用視覺暫停，達到跑動的效果。三. 進度安排1、老師給出選題內(nèi)容，課程設(shè)計的相關(guān)要求，指導 時間及任務完成期限。2、根據(jù)課程設(shè)計內(nèi)容及要求構(gòu)造整個設(shè)計思路，復 習數(shù)字電路中觸發(fā)器、譯碼器、計數(shù)器、譯碼顯示器等 部分內(nèi)容。3、分析彩燈控制器的組成、各部分功能及工作原理。 查出各芯片引腳排列及功能。進行電路的設(shè)計及仿真模 擬。4、根據(jù)電路的原理寫出設(shè)計方案。

5、5、設(shè)計方案的檢査，修正，改進，按要求打印方案。應用價值在家庭裝飾、商業(yè)區(qū)、許多戶外廣告、公益廣告等的燈 光布置中經(jīng)常需要完成彩燈循環(huán)點亮以實現(xiàn)燈光動態(tài)效 果，做到廣告、彩燈等作品色彩鮮艷，富有創(chuàng)藝，變化 形式豐富，起著宣傳和美化環(huán)境的作用，營造文明和亮 麗氛圍，增添人們生活樂趣。彩燈控制現(xiàn)已廣泛用于廣 告、舞廳、商店方面。伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展和夜市的興起 循環(huán)彩燈的用途將越來越廣，必然是現(xiàn)代都市的發(fā)展和 人們生活水平提髙.循環(huán)彩燈設(shè)計一方案設(shè)計與論證該任務要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5S的 速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5S,再黃燈，后綠燈, 各一次。以此循環(huán)。根據(jù)此要求電路總體上可

6、以分為三 部分：一部分電路為控制0.5s的跑動。一部分電路為控 制5s的跑動。一部分電路為實現(xiàn)這兩種跑動的循環(huán)。因此可以選用兩個555多諧振蕩器（一個周期為（）.5秒，一 個為5秒）用來控制跑動的速度，再選兩個4（）17芯片， 因為4017芯片在正常工作下，連續(xù)送入時鐘脈沖時，其 十個輸出端會依次輸出高電平。這樣可以用一個4（）17芯 片點亮0.5s的跑動，用一個4017芯片來點亮5s的跑動。選用一個JK觸發(fā)器和模擬開關(guān)4066芯片來實現(xiàn)循環(huán)功 能，即用JI觸發(fā)器來控制4066芯片的開通和關(guān)閉。二,單元電路設(shè)計與參數(shù)計算在整個電路中，其主要的組成部分有：555定時器和4017芯片組成的3個一組

7、0.5s依次跑動：二二SSSXR7511Aas自 00：.丿Rl豐伽F C豐伽FCfVIRTUAL555 Tim tr04017BP_5Vv«缶02 S 5 ae>CLX1 -C ”工xs（由于仿真時，設(shè)置的時間跟實際理論計算的不符合，故仿真時時間可能不是0.5s）555定時器和4017芯片組成的9個一組持續(xù)亮5s的（由于仿真時，設(shè)置的時間跟實際理論計算的不符合，故仿真時時間可能不是5s）4066和74LS76組成的一個循環(huán)電路：（本來是要用hc4060+CD4013 （D觸發(fā)器，用它做2分 頻電路）+32768HZ的晶振組成秒定時，產(chǎn)生秒脈沖來 做循環(huán)電路的，不過由于其中的芯

8、片沒接觸過也比較復 雜，所以就沒用此方案，改為用4（）66和74LS76組成的 循環(huán)電路。）設(shè)計過程中各個單元的詳細原理、電路圖和仿真狀態(tài)如下：第一部分電路：實現(xiàn)3個一組紅燈，后黃燈，再綠燈，分別依次跑動一次的電路，電路如下圖：12VV* 1QIVSi雷ixxx=»«3=*： W6F 牛,OfcF CCf.YIRTVALn-> -rX16 K1Q X17 X1« XW «0X26 XI® K27V$?V2?b$!v4V此電路主要用到一個555多諧振蕩器和一個4017芯 片，4017芯片有十個輸出端口，而每3個一組的燈都 接一個4017的輸

9、出端口，這樣可控制任務中的9組 燈。電路中的555多諧振蕩器的輸岀端接4017的脈沖輸入控制，555多諧振蕩器不斷的產(chǎn)生脈沖送入4017芯 片的脈沖輸入端，從而使4017芯片的輸出端(01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09)依次為高電平, 這樣就控制指燈不斷的跑動！第二部分電路：用來實現(xiàn)全部9個一組紅燈，再黃燈, 后綠燈，各亮一次。電路如下圖：12V VS 1Id X15 X16 X17 X18 X19 X20 X21*6«齊佃 K" "9->13X25 X?6 XZ7ZY VcX22-X23-X24XX3X4X5X6一K7X0

10、XX40-K-H-X124 K15 X16 X仃 X18 X13 X20 X21 X25 X26 >*14 X15 X1G X17 X*4M««?)(40 X44 )C42 X42 Xau£?V £?V2f V2?M 年 V2f V2.f 蘋 VZ->V2V QvZ.此電路主要用到一個555多諧振蕩器和一個4017芯片，4017芯片有十個輸出端，而每9個億組的燈都接一個4017的輸出端（共接三個），這樣可控制任務中 的3組燈。電路中的555多諧振蕩器的輸出端接4017的脈沖輸 入控制,555多諧振蕩器不斷的產(chǎn)生脈沖送入4017芯 片的脈沖輸入

11、端，從而使4017芯片的輸出端（）1,（）2, （）3）依次為高電平，這樣就控制3組指燈持續(xù)亮5s依次跑動循環(huán)！1：用來實現(xiàn)兩種的跑動不斷循第三部分電路環(huán)。電 路如下圖：此部分電路主要是用一個4066BP芯片和一個74LS76N芯片來現(xiàn) 實。4O66BP芯片為模擬開關(guān)芯片，它集成了四個模擬開關(guān)（在此用到 兩個），每個模擬開關(guān)有2個端于，一個為控制端，主要接高電平或低 電平，其余兩個端于為輸入輸出端。當控制接高電平時，開關(guān)接通，控制端接低電平時開關(guān)斷開。74LS76N芯片為集成JK觸發(fā)器。在此電 路中觸發(fā)器的J , K和清零端都接高電平。這樣每給觸發(fā)器一個觸發(fā) 邊沿其輸出端就翻轉(zhuǎn)一次。Q端接40

12、66BP的一個開關(guān)的控制端。Q非 接4O66BP的另一個開關(guān)的控制端。這樣可以使4066BP用到的兩個開 關(guān)一個接通時而另一個就斷開。而觸發(fā)器的脈沖輸入端接第一部分電 路中的4017的第十（09）輸出端口和第二部分電路中的4017的03輸 出端口的或門的結(jié)果。而4066模擬開關(guān)用到的兩個開關(guān)的輸入端接 12V直流電源,其一個開關(guān)的輸出端接第一部分電路中的555多諧振蕩 器電源端，別一個開關(guān)輸出端接第二部分電路中的555多諧振蕩器的 電源端！這樣就實現(xiàn)了若第一部分的電路工作時第二部分電路就不工 作。而第二部分電路工作時第一部分電路就不工作。即可實現(xiàn)交替循 環(huán)工作！三總原理圖及工作過程<IC

13、1 M )1 C6 >6” >t “ NO E x-rt X12 km <14 CW C1? Jit C16 3»,21，朕 XM «S? r»了 T1aQ7辛療ta呼傘療呷呷孑幷平| 31 511*廣£1.總原理圖-：%v<丿卜"斗tasi ptv."心»卜U：14：i2電路完整工作過程電路運行時第一部分的555多諧振蕩器首先工作不 斷的給控制著3組燈（3個一組）的4017芯片送去脈沖, 從而使4017的十個輸出端依次為輸出髙電平。接到髙電 平的組燈就會發(fā)光。這樣就實現(xiàn)先紅燈，后黃燈，再綠 燈，分別

14、依次（）5s跑動。當最后的綠燈亮完后，即第一 部分的單元電路中的4017的第十個輸出端（09）輸出高 電平時，這就給74LS76觸發(fā)器送去一個脈沖，于是觸 發(fā)器的Q端就翻轉(zhuǎn)輸出低電平使4066模擬開關(guān)的一個 開關(guān)變?yōu)閿嚅_，從而使第一部分的電路處于不工作狀 態(tài)。而觸發(fā)器的Q非端同時了輸出一個髙電平使4066 的另一個開關(guān)導通，這時第二部分的電路開始運行。這 樣就使全部紅燈，再黃燈，后綠燈，各亮一次。而當綠 燈全部亮完后，這時第二部分的4017的第四個輸出端(03)輸出髙電平，也給觸發(fā)器送去一個脈沖。于Q端 和Q非端翻轉(zhuǎn)。這樣第二部分的4066的模擬開關(guān)斷開, 控制第二部分的模擬開關(guān)斷開使第二部分

15、的電路不工 作。，而控制著第一部分的4066模擬開關(guān)導通，使第一 部分的電路工作3個一組的組燈依次點亮、依次跑動。 如此實現(xiàn)了 3個一組先紅燈，后黃燈，再綠燈().5s依次 跑動，讓后再9個一組，先紅燈，后黃燈，再綠燈持續(xù) 亮5s.如此循環(huán)下去。四安裝與調(diào)試1、按照電路圖進行接線，按照單元電路設(shè)計中的方 法連接好每一塊電路，然后把每一塊接在一起。對每單 元電路進行調(diào)試，在對每部分電路進行調(diào)試時仿真狀態(tài)跟設(shè)計和預想的一樣，沒什次大問題。2、把各單元電路接在一起調(diào)試時，3個一組隔0.5s 跑動亮的正常，不過9個一組的持續(xù)5s的出現(xiàn)錯誤，就 是0.5s和5s的兩個功能電路都一起工作，達不到要設(shè)計 的

16、要求。3、把0.5s跑動單元電路中的4017芯片的第十個輸出 端口和持續(xù)亮5s的單元電路中的4017芯片的第四個輸出 端口用一個或門連起來后就能正常工作了。不過，持續(xù) 亮5s的功能中，亮黃跟綠燈時會有三個紅燈也一起亮的 （問題解決不了）。不過總體的功能跟效果還是達到要求。五結(jié)論與心得通過此次的課程設(shè)計，我對電路的設(shè)計流程有了一 定的了解，對仿真軟件也有一定的認識。在調(diào)試的過程 中遇到打開電源開關(guān)的瞬間一個紅燈亮0.5S然后所有燈 全亮，通過運用檢修方法査出是系統(tǒng)內(nèi)部的問題，改正 后恢復正常。所有燈一會正常一會不工作，經(jīng)仔細檢査 發(fā)現(xiàn)在電源處接觸不良，改正后恢復正常?？偟膩碚f， 本次的課程設(shè)計迸行的還算順利，不過對于結(jié)果有點不 怎次滿意，就是持續(xù)亮5S的功能有點不完善，但總的結(jié) 果還算達到了設(shè)計要求。本次所用的芯片大部分都是基 礎(chǔ)的，不過有個別的不怎么了解，不過通過此次課程設(shè) 計，我對這些未曾接觸過的芯片都有一