12路流水燈控制電路資料

1、一、概述 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彩色霓虹燈不斷變化閃爍。LED，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燈由于其豐富的燈光色彩建筑物已經成為一種時尚。 但目前市場上各式樣的LED燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結構復雜、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)。這種彩燈控制器結構往往有芯片過多、電路復雜、功率損耗大等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對現(xiàn)有彩燈控制器進行改進。 流水彩燈控制器

2、在我們日常生活中有重要的應用，如廣告牌的設計和節(jié)日彩燈的設計都能運用到它的原理。本次設計的流水彩燈控制器是其中較簡單的，但這是復雜設計的基礎。 設計要求： 1、在選擇器件時，應考慮成本。 2、根據(jù)技術指標，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。 3、畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。 技術指標： 1、用中規(guī)模計數(shù)器設計該12路流水燈控制電路； 2、要求每盞燈的點亮時間介于1s1.2s之間； 3、要求用555定時器設計時鐘脈沖，12路流水燈采用12個發(fā)光二極管代替。二、方案設計 1 原理框圖74HC154譯碼電路部分LED顯示部分74LS161計數(shù)部分555多諧振蕩電路 圖1 12路流水

3、燈設計原理圖 該電路主要由555定時器、74LS161計數(shù)器和74HC154譯碼器和LED發(fā)光二極管。由555定時器構成脈沖發(fā)生器，并由LED發(fā)光二極管監(jiān)視電路是否工作；將74SL161接成二進制計數(shù)器，74SL154的12個輸出端依次與排成一排的12個LED發(fā)光管相接。161芯片的QC、QD端接與非門然后與161的LOAD端相接；且161的LOAD端通過非門與154芯片的G1與G2相接。取74SL161的QD、QC、QB、QA接到74SL154的地址控制端D、C、B、A， 12個發(fā)光二極管按一定方向循環(huán)亮滅。 2 各模塊組成及功能分析 1、振蕩電路：由一個555芯片與滑動變阻器，電阻和電容組

4、成。周期可調，控制計數(shù)器。 2、計數(shù)器：由一個74LS161芯片與兩個非門組成，輸出信號至譯碼器，控制LED燈的亮滅的順序。 3、譯碼器：由一個74HC154芯片組成，為4-16譯碼器， 輸出來自555芯片的信號到LED燈。 4、顯示部分:由12個發(fā)光二極管和電阻組成，通過發(fā)光二極管的亮滅情況判斷電是否達到設計要求。三、電路設計1 555多諧振蕩電路多諧振蕩電路由LMC555定時器、一個滑動變阻器、一個電阻、兩個電容組成。555定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它可以方便的構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活方便，所以555芯片在波形的產生與變化、測量與控制等多

5、種領域得到廣泛應用。本次課設的多諧振蕩電路在這次課程設計中，LMC555定時器用來產生脈沖信號。LMC555定時器的管腳圖如圖2所示： 圖2 555定時器管腳 555定時器內部主要由以下幾個部分組成： 1、電阻分壓器：由3個5k的電阻組成。2、電壓比較器：由C1與C2組成，當控制輸入端懸空時，C1與C2的基準電壓分別是1/3VCC與2/3VCC。3、基本RS觸發(fā)器：由兩個與非門G1與G2構成，對兩個比較器輸出的電壓進行控制。4、放電三極管VT:VT是集成極開路的三極管，VT的集成極做定時器的引出端D。5、緩沖器：由G3與G4構成，提高電路的負載能力。 引腳功能： 1腳位接地端；2腳是低電平觸發(fā)

6、器入端；3腳輸出端；4腳復位端；5腳是電壓控制器；6腳是高電平觸發(fā)器入端；7腳是放電端；8腳是電源端。 由555定時器構成的諧振蕩電路如圖3所示： 圖3 555多諧振蕩電路 555定時器構成多諧振蕩電路，電路輸出可以得到一個周期性的矩形脈沖，其周期為： T=T1+T2=（R1+2R2）C1ln 2 由于1s<T<1.2s，令R1=R2=25K,C1=22F,ln2=0.7，則T=1.155s，在1s1.2s之間，符合要求，且占空比q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)=66.7>50。C2為濾波電容，起濾波作用，一般取C2=0.01F。 接通電源后，Vcc經R1，R2

7、給電容C充電。由于電容上電壓不能突變，電源Vc=0，當Vc上升到大于Vcc/3時，RD=1，SD=1，基本RS觸發(fā)器不變，即Q仍為高電平，當Vc上升到略大于2Vcc/3時，RD=0,SD=1,基本觸發(fā)器置零，Q為低電平。這時Q=1，使內部放電管飽和導通，于是電容C經內部放電管和R2放電，Uc按指數(shù)規(guī)律減小。 當Vc下降略小于Vcc/3時，內部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。這時，Q=0，內部放電管截止。于是C結束放電并重新開始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列的矩形脈沖。2 74LS161計數(shù)部分 計數(shù)部分主要由161芯片，一個與非門和一個反向器組成。

8、因為在課設中需要一個十進制計數(shù)器，因此采用了74LS161芯片作為計數(shù)器，用來控制LED燈的亮滅順序。74LS161的引腳圖如圖4所示： 圖4 161芯片引腳圖 74LS161是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器，它可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。74161型四位同步二進制可預置計數(shù)器的外引線排列圖及其邏輯符號，其中CLR（RD）端是直接清零端，LOAD（LD）端是預置數(shù)控制端，A（A0）、B（A1）、C（A2）、D（A3）是預置數(shù)據(jù)輸入端，ENP（EP）和ENT（ET）是計數(shù)控制端，QA（Q0）、QB(Q1)、QC（Q2）、QD（Q3）是計數(shù)輸出

9、端，RCO是進位輸出端。74161型計數(shù)器的功能表如表1所示 表1 74LS161功能表 由表1可知，74LS161具有以下功能： 1、 異步清零：CLR（RD）=0時，計數(shù)器輸出被直接清零，與其他輸入端的狀態(tài)無關。  2 、同步并行預置數(shù)：在CLR（RD）=1條件下，當LOAD（LD）=0且有時鐘脈沖CP的上升沿作用時，A（A0）、B（A1）、C（A3）、D(A4) 輸入端的數(shù)據(jù)d3、d2、d1、d0 將分別被 QA（Q0）、QB（Q1）、QC（Q2）、QD（Q3）所接收。 3、保持：在CLR（RD）=LOAD（LD）=1條件下，當ENT（ET）·ENP（EP）=0，不管

10、有無CLK（CP）脈沖作用，計數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變。需要說明的是，當ENP=0，ENT=1時，進位輸出RCO也保持不變；而當ENT=0時，不管ENP狀態(tài)如何，進位輸RCO=0。  4、計數(shù)：當CLR=LOAD=ENP=ENT=1時，74161處于計數(shù)狀態(tài)。 由于本次課設需要用到組合邏輯運算，因此需要一個74LS00芯片,其引腳圖如圖5所示： 圖5 74LS00芯片引腳圖 真值表如表2所示： 表2 74LS00真值表 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 反相器74LS04引腳圖以及功能表如下圖所示: 圖6 74LS04引腳圖 表3 74LS04功能表 A Y

11、 0 1 1 0 74LS161芯片構成的譯碼電路部分如圖7所示： 圖7 74LS161譯碼電路部分 置數(shù)端A、B、C、D分別置0。2接脈沖信號，同555振蕩器的3相接，1、7、10接電源。QA、QB、QC、QD端接154芯片的A、B、C、D端，QC、QD端通過與非門與LOAD端相接；LOAD端通過反相器與154芯片的G1與G2相連。3 74LS154譯碼部分與LED顯示部分 該部分分主要由一個74HC154芯片和12個發(fā)光二極管以及電阻構成。74HC154的引腳圖如下圖所示: 圖8 74HC154引腳圖 74HC154 功能簡述:  74HC154 4線-16&

12、#160;線譯碼器/解調器  1、 將4個二進制編碼輸入譯成16個彼獨立的輸出之一 ；2、將數(shù)據(jù)從一個輸入線分配到16個輸出的任意一個而實現(xiàn)解調功能；3、輸入箝位二極管簡化了系統(tǒng)設計；4、與大部分TTL和DTL電路完全兼容。     74154這種單片4線16線譯碼器非常適合用于高性能存儲器的譯碼器。當兩個選通輸入G1和G2為低時, 它可將4個二進制編碼的輸入譯成16個互相獨立的輸出之一。實現(xiàn)解調功能的辦法是：用4個輸入線寫出輸出線的地址，使得在一個選通輸入為低時數(shù)據(jù)通過另一個選通輸入。當任何一個選通輸入是高時，所

13、有輸出都為高。 功能表如表4所示: 表4 74HC154功能表 引腳端 符號 名稱及功能1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15,16,17O0O15 輸出低電平18,19G1,G2 使能輸入（低電平）23,22,21,20AD 地址輸入12GND 接地24Vcc 接電源電壓 74HC154及LED燈構成的譯碼顯示部分如圖9所示： 圖9 74HC154譯碼及LED顯示部分 引腳端A、B、C、D分別接來自74LS161的QA、QB、QC、QD端，G1，G2端通過反相器與161芯片的LOAD端相接，113引腳接電阻與發(fā)光二極管，二極管另一端接4V電源電壓。四、性能測試1 多

14、諧振蕩電路的測試 仿真電路圖如圖10所示： 圖10 多諧振蕩電路測試圖 1、周期為1.278s時多諧振蕩器輸出的波形圖如下： 圖11 多諧振蕩電路輸出波形圖 2、改變滑動變阻器阻值，讓周期落在11.2s之間，此時輸出的波形圖如下： 圖12 多諧振蕩電路輸出波形圖2 電路整體測試 第一盞燈亮，其余的燈不亮，如圖13所示： 圖13 整體測試電路第四盞燈亮，其余的燈不亮，如圖14所示： 圖14 整體測試電路第九盞燈亮，其余的燈不亮，如圖15所示： 圖15 整體測試電路第十二盞燈亮,其余的燈都不亮,如圖16所示: 圖16 整體測試電路所有的燈都不亮,處于全滅狀態(tài),如圖17所示: 圖17 整體測試電路5

15、、 結論 電路的設計能完成基本功能的實踐，使用的芯片數(shù)量少，設計思路清晰明了。但是在兩個星期的課設過程中我也遇到了不少的問題，比如第一次連電路的時候因為把LED燈接反導致沒看到預期的結果。第二次因為串聯(lián)的電阻阻值過大導致LED燈不亮。而且在老師的幫助下，我改正了我原來電路的不足之處，我原來的設計方案是用兩個138芯片代替154芯片進行譯碼，然而結果并不盡人意，在運行過程中出了不少問題，不能達到預期效果，后來多虧了老師，才能順利完成課設。 通過本次課程設計，讓我了解了12路流水燈的基本原理與設計理念。更讓我明白具備扎實的理論基礎是非常重要的，如果理論知識不夠強，隨意一點小的差錯就可能導致電路不能

16、達到預期的效果。而且，通過這次課程設計，充分的將理論知識與實踐知識相結合，也提高了我的查閱資料的水平，讓我的經驗，能力得到了鍛煉。 經過了這次課設，也讓我對于電路產生了興趣，我從中學到了將整體的功能分成若干部分一一實現(xiàn)的簡化電路的方法，這對我們平時生活，學習也很有幫助。我認為，老師之所以讓我們去做課設，就是為了鍛煉我們的自主學習能力和實踐動手能力。 最后，再次對關心我的老師，幫助過我的同學表示衷心的感謝！ 參考文獻1 童詩白，華成英編. 模擬電子技術基礎M.北京：高等教育出版社2 朱定華主編，電子電路測試與實驗.M北京：清華大學出版社3 路勇主編，電子電路實驗及仿真。M北京：北方交通大學出版社4 康華光主編，電子技術基礎數(shù)字部分第五版.高等教育出版社5 閻石主編，數(shù)字電子技術基礎.高等教育出版社6 周巍，黃雄華主編，數(shù)字邏輯電路 實驗 設計 仿真，電子科技大學出版社7 包興，胡明主編，電子器件導論，北京理工大學出版社8 王港元主編，電工電子實踐指導，江西科學技術出版社9 吳立新主編，實用電子技術手冊，機械工業(yè)出版社10 陳永甫主編，新編555集成電路應用800例，電子工業(yè)出版社11 閻有運主編，電工電子實踐系列教程-電子技術實踐，中國礦業(yè)大學出版社12 艾永樂，付子義主編，數(shù)字電子技術基礎，中國電力出版社13 江曉主編，數(shù)字電