彩燈控制器的設(shè)計

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計課程設(shè)計名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計彩燈控制器設(shè)計專業(yè)自動化班級2011級4班姓名姜忠雨學(xué)號1105010407指導(dǎo)教師:劉桂芬學(xué)期2012-2013學(xué)年第2 .學(xué)期姜忠雨：彩燈控制器設(shè)計遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計成績評定表課程設(shè)計任務(wù)書彩燈控制器設(shè)計1. 有六只LED彩燈2. 控制順序是：全亮-奇數(shù)燈依次滅-偶數(shù)燈依次滅-依次亮一依次滅 -全亮一全滅3. 彩燈點亮?xí)r間為0.5S。三、設(shè)計計劃電子技術(shù)課程設(shè)計共1周。第1天：選題，查資料；第2天：方案分析比較，確定設(shè)計方案; 第34天：電路原理設(shè)計與電路仿真； 第5天：編寫整理設(shè)計說明書。四、設(shè)計要求1. 畫出整體電路圖

2、。使之達到設(shè)計任務(wù)要求。2. 對所設(shè)計的電路全部或部分進行仿真,3. 寫出設(shè)計說明書。指導(dǎo)教師：劉桂芬時 間：2013年6月18日姜忠雨：彩燈控制器設(shè)計摘要近年來，由于集成電路的迅速發(fā)展，使得數(shù)字邏輯電路的設(shè)計發(fā)生了根本性 的變化。在設(shè)計中更多的使用中規(guī)模集成電路，不僅可以減少電路組件的數(shù)目， 使電路簡捷，而且能提高電路的可靠性，降低成本。因此用集成電路來實現(xiàn)更多 更復(fù)雜的器件功能則成為必然?，F(xiàn)代生活中，彩燈越來越成為人們的裝飾品，它不僅能美化環(huán)境，渲染氣氛, 還可用于娛樂場所和電子玩具中，現(xiàn)以該課題為例進行分析與設(shè)計可編程的彩燈 控制的電路很多，構(gòu)成方式和采用的集成片種類、數(shù)目更是五花八門，

3、而且有專 門的可編程循環(huán)彩燈控制電路。絕大多數(shù)的彩燈控制電路都是用數(shù)字電路來實現(xiàn) 的，例如，用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)的彩燈控制器主要用計數(shù)器，譯碼器，分配器 和移位寄存器等集成。本次設(shè)計的可編程彩燈控制電路就是用寄存器、計數(shù)器和 譯碼器等來實現(xiàn)，其特點是用發(fā)光二極管顯示，實現(xiàn)可預(yù)置編程循環(huán)功能。關(guān)鍵詞：集成電路；計數(shù)器；譯碼器；分配器；移位寄存器1、綜述2、方案設(shè)計與分析3、電路原理設(shè)計及參數(shù)計算3.1 21進制計數(shù)器3.2 5-32譯碼器3.3真值表4、各個模塊的制作4.1 21進制計數(shù)器的實現(xiàn)4.2 5-32譯碼器的實現(xiàn)4.3控制電路的實現(xiàn)5、整體電路圖及仿真6、設(shè)計小結(jié)7、參考文獻目錄.3.

4、3.4.3.7.9遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計1、綜述實現(xiàn)彩燈控制的方法很多，如 EPROM編程、RAM編程、單板機、單片機等，都可以組成大型彩燈控制系統(tǒng)。因為本次實習(xí)要求設(shè)計的彩燈的路數(shù)較少, 且花型變換較為簡單， 彩燈控制器可以自動控制多路彩燈按不同的節(jié)拍循環(huán)顯 示各種燈光變換花型，它廣泛用于大型燈會、舞臺燈光控制、體育館燈光控制以及節(jié)假日燈光裝飾中。實現(xiàn)彩燈控制的方法很多，如用EPROM編程、單片機、純硬件電路等。當(dāng)彩燈路數(shù)較少且花型變換較為簡單時， 可采用移位寄存器進行控制。彩燈控制器以某種節(jié)拍按一定規(guī)律改變彩燈的輸入電平值，控制彩燈的亮 與滅，按預(yù)定規(guī)律顯示一定的花型。因此彩燈控

5、制器需要一個能夠按一定規(guī)律輸出不同高低電平編碼信號的編碼發(fā)生器，同時還需要編碼發(fā)生器所要求的時序信 號和控制信號。由于實際應(yīng)用場合所帶彩燈可能是功率較大的白熾燈或其它，因 此還需要一定的驅(qū)動電路，實驗中因采用發(fā)光二極管或指示燈， 故可省略驅(qū)動電本次設(shè)計的可編程彩燈控制電路就是用寄存器、計數(shù)器和譯碼器等來實現(xiàn), 其特點是用發(fā)光二極管顯示，實現(xiàn)可預(yù)置編程循環(huán)功能。-7 -姜忠雨：彩燈控制器設(shè)計2、方案設(shè)計與分析方案一ICI、IC2由555接成多諧振蕩器。IC3由4位2進制計數(shù)器74LS93接成16進制計數(shù)器，其4個輸出端可分別輸出對計數(shù)脈沖的 2、4、8、16分頻信號。IC4是雙D觸發(fā)器74LS7

6、4,在這里接成兩位2進制加法計數(shù)器。IC5是雙4選I數(shù) 據(jù)選擇器74LSI53,這里只用了它的一組4選1數(shù)據(jù)通道。IC6是3位單向移位寄存器74LSI64,它是產(chǎn)生移動燈光信號的核心器件。驅(qū)動電路用8只三極管組成8路射隨器作緩沖放大，去觸發(fā)作電流開關(guān)的8只雙向可控硅，以控制彩燈發(fā) 光。電路的十5V電源由220V/9V變壓器降壓，經(jīng)D1 一 D4橋式整流，7805穩(wěn)壓后給控制電路供電。方案二彩燈由發(fā)光二極管模擬替代，該電路由555定時器，7490計數(shù)器和74138譯碼器組成。7490計數(shù)器的時鐘信號由555振蕩器提供，改變555振蕩器的頻 率，即可控制彩燈閃爍的快慢。計數(shù)器輸出信號輸送至7413

7、8譯碼器，由138譯碼，根據(jù)計數(shù)器輸出不同的計數(shù)結(jié)果，即可控制138譯碼器譯碼得到不同的輸 出信號，決定控制彩燈的循環(huán)變化。顯然，不同的計數(shù)器與譯碼器電路得到的是 不同的彩燈循環(huán)控制結(jié)果。若譯碼器不變，在計數(shù)器的控制端輸入不同的控制信 號，進行不同的技術(shù)，則在輸出端可見不同的彩燈循環(huán)輸出。方案三采用DIP- 18腳雙列直式塑封結(jié)構(gòu)。該電路外圍元件少，外接一只電位器RP與電容器C2,其阻容值就決定了內(nèi)部振蕩器的時鐘頻率。通常電容器取0.1-0.22 M電位器為1MQ，通過改變其電阻值就可以改變閃光快慢，待調(diào)到理想閃光頻率時再換用同阻值的固定電阻器。 集成電路有B1 B4四個花樣選擇端, 通過其與

8、不同電平連接，可組成眾多變化的閃光花樣。 Q1 Q8共八個輸出端，可驅(qū)動八路彩燈，SE9201使用電源為38V，典型值為5V。3、電路原理設(shè)計及參數(shù)計算按課程設(shè)計題目來看，要求實現(xiàn)彩燈的21種狀態(tài)（開始燈全部亮1種狀態(tài),奇數(shù)的燈依次滅3種狀態(tài)，偶數(shù)的燈依次滅3種狀態(tài),然后依次亮6種狀態(tài)，依次滅6種狀態(tài)，然后再全亮1種狀態(tài)，全滅1種狀態(tài),共21種）。此處可以用一個21進制的計數(shù)器實現(xiàn), 從0到20種狀態(tài)來控制這21種狀態(tài)（00000- 10110）,然后把計數(shù)器用譯碼器譯成可以實現(xiàn)的高低電平。再寫 出這21種狀態(tài)和計數(shù)器數(shù)字對應(yīng)的真值表，計算出邏輯式，便可實現(xiàn)題目要求 的彩燈控制。由上分析可知需

9、要一個21進制的計數(shù)器，然后需要一個5-32譯碼器，然后 在由門電路連接LED燈?？傮w設(shè)計思路圖如下所示:LED燈6個發(fā)生函數(shù)信號器圖3-1總體設(shè)計思路圖3.1 21進制計數(shù)器用2個74161N （異步清零，同步置數(shù)的功能）擴展成 21進制計數(shù)器，采用并行進位方式、整體置數(shù)。因為計數(shù)器需要21種狀態(tài)（00000-10110,所以,我先用兩片74161連接成256（ 16*16）進制計數(shù)器，然后在輸出為10100（20）時，用與非門來控制兩計數(shù)器的 LDN端清零，同時清零信號可以作為進位信號輸出。姜忠雨：彩燈控制器設(shè)計3.2 5-32譯碼器用5個74LS138實現(xiàn)5-32譯碼功能，左邊的一片74

10、LS138芯片用于控制選擇右邊的四個芯片的打開或者閉合，右邊的四個芯片中的前三個每個都控制八 種狀態(tài)，共二十四種狀態(tài)，題目要求為二一種，所以把最后的三種狀態(tài)都設(shè)置 為燈全部滅，即燈全部滅的時間是其他狀態(tài)的時間的兩倍， 當(dāng)接通時，先通過左 邊的芯片進行右邊芯片的選擇，然后右邊的芯片再進行位移控制終端的狀態(tài)， 從 而實現(xiàn)二十一種狀態(tài)的循環(huán)。3.3真值表由21進制計數(shù)器輸入一個五位二進制數(shù)(0000010110)，輸出彩燈所對應(yīng)的狀態(tài)(1表示燈亮，0表示燈滅)，對應(yīng)的真值表如下:L0L1L2L3L4L50111111110111121010113101010400101050000106000000

11、71000008110000911100010111100111111101211111113011111140011111500011116000011170000011800000019111111200000004、各個模塊的制作4.1 21進制計數(shù)器的實現(xiàn)21進制計數(shù)器是由兩個16進制計數(shù)器構(gòu)成，并且將21進制計數(shù)器的每個狀態(tài)輸出，令其對應(yīng)LED的每一種狀態(tài)，計數(shù)器實現(xiàn)如下圖：圖4-1 21進制計數(shù)器姜忠雨：彩燈控制器設(shè)計4.2 5-32譯碼器的實現(xiàn)5-32譯碼器是由5個74LS138實現(xiàn),它的實現(xiàn)原理同用 2個74LS138實現(xiàn)4-16譯碼器的原理，設(shè)計圖如下圖:圖 4-1 5-32

12、86236A B CG1 G2A G2B74LS138D312iV圖5-2 555定時器A BeG1 G2A G2B74LS138DU3554A BeG1 G2A G2B74LS138DU4A BeG1 G2A G2B74LS138DU5A B CG1 G2A G2B74LS138DSB1439.1338亠yr遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計4.3控制電路的實現(xiàn)由真值表可得到各個LED燈的邏輯表達式如下:Lo=MO+M1+M2+M3+M7+M8+M9+M1O+M11+M12+M19Li=M0+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M19 ；L2=MO+M1+M2+M3+M4+M9+M1O

13、+M11+M12+M13+M14+M19L3=MO+M1+M1O+M11+M12+M13+M14+M15+M19L4=MO+M1+M2+M3+M4+M5+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M19L5=MO+M1+M2+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M19-9-U8A74HCO8N_2V23U34/ 元 74HC08N74HC08N57V U1A"3926 U13A74H74H2V22 U9A28 U2OATZhcOsNv3774H=c>-74HC08N 2V：O5348U7A 74HMHC08N 2V253174HC08N 2V 7dU<U

14、39AC04耳曾 LED12A18N 2V4O U23AN_2V4U31N 2V74HC08N_2VU6A21Eco8N_2V tf12A74HC08N_2V *J15芝74HCO8N 2V17 N u2A JU24A74HC08N_2V| J?U19AU21A4HCO8N 2V74HCO8N_2V33I U18A 匸一 74HC08N 2V r4 U17A74HCO8N 2V413224U27A=c>42U15Azo74HCO8N 2V54U41A44 6874HC08N_2V 74HC04N_2*lED2366974HCO4N 2匕 LED3>1U40A74HCO8N 24HC

15、08N_2VJ J2V60 U32AU29A47L26-U28A74HCO8N 2V74HCo8n :2v74HCO8N_2V633074HC08N 2VU36A:m74H(508 N 2VU37A74HC08N 2V 74HC08N_2V655OU33A匯A74HC08N 2VU38AZD -74HC08N 2V5666U42A7O74HM LED47革74HC04N_2V較 LED5U44A一r74HC04N_2牛越LED6姜忠雨：彩燈控制器設(shè)計5、整體電路圖及仿真U3A:74HC01N_2VU16A AY0BY1CY2Y3G1Y4G2AY5G2BY6Y7U521I22VCC2628；0；

16、 T2AU18A 57 U17A61U21AC08N 亠65 74HC08N62 U28A3l -510 - 7AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOAD CLRCLKU115口1412TTA BCDQA QBQCQDENPENTRCOLOAD CLRCLKU21412 '15:p0£3l -5ID - 774LS138D5VXFG1AY0BY1CY2Y3G1Y4G2AY5G2BY6Y7U416iSI74LS138DAY0BY1CY2Y3G1Y4G2AY5G2BY6Y7U674LS138D151)9-50U42A2VI I9A74HC08NC09N74HC08NU38

17、A2V68774LS163N74LS161NU710G1 G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138DU801 234 56 7YYYYYYYYAB2 2AB c 3 YY74LS138Dc08N_2VHCo74HC08IIC08N1002VU47A106525)6jII15A4HC08N 2V4HC08N_2I M / 八63UU9A7420A75f rTpttB4HC08Nr2i20-4HC08N 2V卜IE圖5整體電路仿真圖U27A4HC08U13A J4HC08N 2V73U31A74HC08NC08NJ0匚直匚二r74HC08N 2VU24A72 U22A74HC*V

18、eD14HC08N 2V1074HC08NU23A102-74HC08NJ67 U35A88VD74HC08N_2VJ37AU32A I =8PU33A 74HC08N_罕L 7954HC08N69U36A10374HC08N翔卷8(4護8心283 U40A74HC08N 2VU44A9946AU41A74HC08N_2V'4HC08N 2V10774HC08N_24HC02VED2U49AU48A10874HC02VED35U50A474hJC04_2411 LED4104代74HC0105U52AF11 74HC04f_2YED6-2 -遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計6、設(shè)計小結(jié)

19、該電路的設(shè)計基本上完成了課程設(shè)計題目所要求的功能， 但是仍然存在一定的不足之處，例如，在燈按照序號從L0到L9依次滅的時候，在燈L2、L3、L4滅的時候會出現(xiàn)短暫的閃爍。同時，在設(shè)計這個電路的時候遇到了許許多多的問 題，例如：怎樣能使10路彩燈能夠自動循環(huán)點亮，又怎樣控制，怎樣把這些模 塊電路連接起來等等問題。這些問題都是要經(jīng)過上網(wǎng)查找資料，了解芯片的功能, 在草稿紙上一遍又一遍的畫出電路圖，經(jīng)過化簡后再在軟件 multisimIO上做出相應(yīng)的電路圖。在這次的課程設(shè)計中，我收獲很大，具體有以下幾方面:1. 學(xué)以致用。在學(xué)習(xí)數(shù)字電路的過程中，上課我們都是些理論上的東西, 并且在做實驗的過程中也是照著書本上給出設(shè)計好的電路連線，不需要自己設(shè) 計，一直都沒有運用到自己所學(xué)的知識來設(shè)計一個電路。 而這次的課程設(shè)計真正 讓我們通過自己的知識和努力，通過自己查閱資料、分析來解決問題。這不但能 鞏固我們所學(xué)的理論知識，又能提高我們的實踐能力。2. 學(xué)會分析解決設(shè)計上的問題。在設(shè)計電路的過程中，每一步都