推薦：彩燈循環(huán)的文檔

1、推薦： 一、摘要循環(huán)彩燈的電路很多，循環(huán)方式更是五花八門，而且有專門的可編程彩燈集成電路。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)的彩燈控制電路主要用計數(shù)器，譯碼器，分配器和移位寄存器等集成。本次設(shè)計的雙色循環(huán)彩燈控制器就是用計數(shù)器和譯碼器來實現(xiàn)，其特點用雙色發(fā)光二極管，能發(fā)紅色和綠色兩色光。二、課題構(gòu)思1、用中小規(guī)模集成電路設(shè)計一臺彩燈控制器。用計數(shù)器和譯碼器設(shè)制作一個雙色三循環(huán)方式彩燈控制器。2、控制器有8路輸出，每路用雙色發(fā)光二極管指示。3、控制器有3重循環(huán)方式：方式A：單綠左移-單綠右移-單紅左移-單紅右移；方式B：單綠左移-全熄延時伴聲音；方式C：單紅

2、右依-四燈紅閃，四燈綠閃延時。4、由單刀擲開關(guān)控制3種方式，每種方式用單色發(fā)光二極管指示。5、.兩燈點亮?xí)r間約在0.20.6S間可調(diào)，延時時間約在16S間可調(diào)。6、要求用10V電源設(shè)計。三、方案設(shè)計近年來，由于中，大規(guī)模集成電路的迅速發(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。大規(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，雙色三循環(huán)方式彩燈控制器總體方案設(shè)計如下：1，根據(jù)總的功能和技術(shù)要求，把復(fù)雜的邏輯系統(tǒng)分解成若干個單元系統(tǒng)，單元的數(shù)目不宜太多，每個單元也不能太復(fù)雜，以方便檢修。2，每個單元電路由標(biāo)準(zhǔn)集成電路來組成，

3、選擇合適的集成電路及器件構(gòu)成單元電路。3，考慮各個單元電路間的連接，所有單元電路在時序上應(yīng)協(xié)調(diào)一致，滿足工作需求，相互間電氣特性應(yīng)匹配，保證電路能正常，協(xié)調(diào)工作。1、基本原理設(shè)計任務(wù)中所要求的3種循環(huán)方式并不復(fù)雜，用中小規(guī)模集成電路就能實現(xiàn)。本控制應(yīng)由方式選擇，振蕩器，控制電路，延時電路，蜂鳴器等組成，其框圖如圖1所示： 方式選擇振蕩器控制電路計數(shù)器譯碼器LED顯示延時電路蜂鳴器 圖1 雙色三循環(huán)方式彩燈控制器框圖2、計數(shù)器和譯碼器本控制器的核心器件為計數(shù)器和譯碼器，分別采用CMOS中規(guī)模集成電路CC4516和CC4514。CC4516為16腳雙列直插的中規(guī)模集成可預(yù)置數(shù)的4位二制加/減計數(shù)器

4、（單時鐘），其引腳如圖2所示。CC4516有5中功能：置數(shù)，清零，不計數(shù)，加計數(shù)，減計數(shù)，具體功能如表1所示。CC4514是4為鎖存/4線16線譯碼器，其輸出為高電平有效。CC4514具有數(shù)據(jù)鎖存，譯碼和禁止輸出3種功能。數(shù)據(jù)鎖存功能由EL端施加電平實現(xiàn)，EL=0時，O0 O15保持EL置“0”前的電平；禁止端）E為高電平時，O0O15全為低電平；因此，CC4514作為譯碼器使用時，EL應(yīng)接高電平，E應(yīng)接低電平，CC4514的外引腳如圖3所示。 圖2 CC4514引腳圖 CPCEUP/DNPLMR功能×××10置數(shù)，既把數(shù)P3P2P1P0送O3O2O1O0中

5、15;×××1清零，即O3O2O1O0全為零×1×00不計數(shù)，即O3O2O1O0保持不變0100加數(shù)器0000減數(shù)器表1 CC4516功能表四、單元設(shè)計1、 LED顯示電路LED顯示電路如圖3所示。O15 O14 O13 O12 O11 O10 O9 O8 O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 圖3 LED顯示電路O0）O15為譯碼器的輸出。4514共有16個輸出，而雙色發(fā)光二極管只有8個，因此每兩個輸出接同一個發(fā)光二極管，接法如圖3所示。發(fā)光二極管為雙色三極發(fā)光二極管，其限流電阻有3種連接方法（16個限流電阻，8個限流電阻，1個限流

6、電阻），本控制器采用8個限流電阻的方法。發(fā)光二極管的極限電流一般為2030mA，發(fā)光二極管的壓降約為2V，通過發(fā)光二極管的電流可取為1015mA，以保證發(fā)光二極管有足夠的亮度，而且這樣又不易損壞發(fā)光二極管。2、振蕩器振蕩器有多種振蕩器電路，圖4所示的振蕩器比較簡單常用，其中（a）圖為CMOS非門構(gòu)成的振蕩器，（b）圖為555構(gòu)成的振蕩器。CMOS非門構(gòu)成的振蕩器的振蕩周期T=1.4RC，555構(gòu)成的振蕩器的振蕩周期T=0.7（R1+2R2）C。 圖4振蕩器3、觸發(fā)器循環(huán)方式A的設(shè)計思路如下： PL=1 UP/ DN=1 UP/ DN=0 UP/ DN=1起始計數(shù)（置“1000” ） 加數(shù)器 O

7、15時計數(shù)器 O0時計數(shù)器本循環(huán)彩燈控制器方式A的設(shè)計難點就是控制電路（循環(huán)功能能否實現(xiàn)在于控制電路是否起作用）。要實現(xiàn)循環(huán)功能，計數(shù)器既要加法計數(shù)，也要減法計數(shù)，即加法計數(shù)到O15時變?yōu)闇p法計數(shù)，減法計數(shù)到O0再變?yōu)榧臃ㄓ嫈?shù)，這可用觸發(fā)器控制計數(shù)器的UP/DN端來實現(xiàn)。 圖5所示為由D觸發(fā)器構(gòu)成的二分頻電路，O15和O0作為時鐘信號，一個時鐘觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。圖6（b）是利用D觸發(fā)器的直接置“1”端和直接置“0”端來實現(xiàn)觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。圖5（c）和（d）是由門電路組成的基本RS觸發(fā)器，圖5（c）RS 輸入為高電平有效，因此O15和O0可直接作為S與R的輸入。圖5（d）輸入為低電平有效，

8、O15，O0反向后作為觸發(fā)器輸入。除以上幾種電路外，也可以直接用RS觸發(fā)器或JK觸發(fā)器來實現(xiàn)。經(jīng)實踐，圖5所示的幾種電路都能達到控制的作用。 (a) (b) (c) (d)圖5 觸發(fā)器控制電路4、延時電路循環(huán)方式B的設(shè)計思路如下： PL=1 UP/ DN=1 E=1置1000 加計數(shù)器 O15時延時延時電路可采用單穩(wěn)態(tài)電路，O15的下降沿作為單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)信號。根據(jù)功能要求?？刹捎梦⒎中蛦畏€(wěn)態(tài)電路，555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路及分立元器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，而下降沿觸發(fā)的與非構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路和555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路較為理想。圖6為與非構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路，其中Cd，Rd為微分電路，當(dāng)ui為窄

9、脈沖觸發(fā)時，Cd和Rd可省略。O15的下降沿作為單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)信號，因此O15要經(jīng)微分和限幅后再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。延時時間有RC決定。555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路如圖7所示，C1R1和VD起微分限幅作用。因此本電路要求低電平觸發(fā)，沒有觸發(fā)的時候555的第2腳要為低電平，所以要接R2，對于R1和R2的阻值比要求比較嚴(yán)格，要保證沒有觸發(fā)的時候第2腳電壓大于1/3VDD,觸發(fā)的時候電壓小于1/3VDD。延時時間由RP和C2決定。 圖6微分型單穩(wěn)態(tài)電路 圖7 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路在循環(huán)方式C中，要實現(xiàn)單紅右移，計數(shù)器應(yīng)從“0000”開始遞增，因此應(yīng)先清零再加法計數(shù)。根據(jù)計數(shù)器和譯碼器本身無法使輸出實現(xiàn)四燈

10、紅閃，四燈綠閃，因此，可通過延時電路給8個雙色發(fā)光二極管加上振蕩信號來解決。方式C的循環(huán)過程可表示為: MR=1 UP/ DN=1 E=1消零 加計數(shù)器 O7時延時在設(shè)計時要注意，要求是在同一個電路中通過方式選擇來實現(xiàn)3種循環(huán)功能，而不是設(shè)計3個電路。3種循環(huán)方式要互相隔離，如按方式A工作時則不能有方式B現(xiàn)象出現(xiàn)，因此可采用雙向模擬開關(guān)CC4066進行隔離。五、系統(tǒng)完整電路及其原理說明1、控制器的電路圖:如圖8所示2、 工作原理選擇方式A，指示LED8燈亮，VD19導(dǎo)通，開關(guān)剛接通瞬間C4短路，IC2的PL1，IC2計數(shù)器置數(shù)“1000”，電源接通瞬間，C2短路，觸發(fā)器直接置零R1，即IC2的

11、UP/DN=1,j計數(shù)器從“1000”開始計數(shù)，C2充電結(jié)束后，觸發(fā)器R0，不起作用。當(dāng)計數(shù)器到”1111”,O151，VD2導(dǎo)通，同時IC4A倒通，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，UP/DN0，計數(shù)器遞減計數(shù)。選擇方式B，指示燈LED9亮，VD20導(dǎo)通，開光剛接通瞬間，C4短路，PL1，IC2計數(shù)器置數(shù)“1000”，電源接通順間，C2短路，觸發(fā)器R1，觸發(fā)器直接置零，UP/DN1，計數(shù)器從”1000”開始計數(shù)，IC4A斷開，D觸發(fā)器輸出不變， UP/DN一直為一，計數(shù)器始終遞增計數(shù)。當(dāng)計數(shù)到“1111”時，O151，IC8B導(dǎo)通，當(dāng)O15從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，IC6輸出變?yōu)楦唠娖剑珽=1,燈全部

12、熄滅，IC8C導(dǎo)通，CT1導(dǎo)通，蜂鳴器響。延遲時IC4C導(dǎo)通，PL1，計數(shù)器始終在置數(shù)“1000”，延遲結(jié)束時，E0，計數(shù)又從“1000”開始計數(shù)。選擇方式C，指示燈LED10亮，開關(guān)剛接通瞬間，C3短路，MR1，IC2計數(shù)器清零，電源接通瞬間，C2短路，觸發(fā)器R1，觸發(fā)器直接置零，UP/DN1，計數(shù)器從“0000”開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器到“0111”時，O71，因IC8A導(dǎo)通，當(dāng)O7從高電平變到低電平時，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，IC6輸出為高電平，E1，IC3的O0O15輸出全為低電平，IC4B導(dǎo)通，延遲時計數(shù)器清零，IC7與非門輸出脈沖信號，VT2發(fā)射級輸出脈沖信號送到雙色發(fā)光二級管，使8盞燈四燈紅閃

13、四燈綠閃。延遲結(jié)束，計數(shù)器又從“0000”開始計數(shù)六 、仿真分析及結(jié)果 對于本控制器的三種循環(huán)方式，只選擇A進行仿真。1、控制器(方式A)的仿真原理圖從元器件庫中調(diào)出各種電阻、電容、集成塊. 發(fā)光二級管等元器件,元器件調(diào)出后，對元器件的位置進行調(diào)整，使布局比較合理。循環(huán)彩燈控制器仿真原理圖如圖9所示。 將電位器的操作鍵由空格鍵改為a鍵，按a鍵或A鍵可改變電位器的阻值。X2為電平指示燈，高電平示指示燈亮，低電平示指示燈不亮。燈泡X1采用虛擬燈泡，雙擊燈泡使其工作電壓設(shè)置為220V。繼電器K1采用常開觸點的繼電器，注意繼電器的腳號連接要正確。雙擊交流電源U2，將交流電的工作電壓設(shè)置為220V，工作

14、頻率設(shè)置為50HZ。XSC1為示波器圖標(biāo)。在畫原理圖時要注意，由于CMOS集成電路的輸入端不允許懸空，因此應(yīng)工具邏輯要求將不用的輸入端接高電平或低電平，如4013的CP1，D1不用，應(yīng)接地，4516的MR，CE接地，4514的數(shù)據(jù)鎖存端EL接電源，禁止端E接地。2、仿真結(jié)果檢查電路圖無誤后，可接通電源以模擬循環(huán)過程。由于電源接通瞬間，電容C2，C3相當(dāng)與短路，使D觸發(fā)器直接置零端由效，CC4516的置數(shù)端PL有效，CC4516置數(shù)“1000”,使發(fā)光二級管從LED8開始電亮并往上移。但EWB不能模擬電源接通瞬間電容相當(dāng)于短路這一過程，因此，電源接通后，發(fā)光二級管不一定從LED8開始點亮，計數(shù)器

15、可能遞增計數(shù)也有可能遞減計數(shù)，但這種現(xiàn)象只會影響第一個周期，對循環(huán)過程沒有沒有影響。只要綠LED15亮，就會使D觸發(fā)器置1，從而使計數(shù)器遞降計數(shù)，發(fā)光二極管燈亮順序為，15LED14LED8LED1LED0的規(guī)律變化，此時指示燈X2不亮。只要紅色燈LED0亮，就會示D觸發(fā)器置零，從而計數(shù)器遞增計數(shù)，發(fā)光二級管燈亮按LED0LED1. LED7LED8LED14LED15規(guī)律變化，此時指示燈X2點亮。當(dāng)LED15亮示，三極管VT導(dǎo)通，繼電器K1吸合，燈X1亮。說明8只雙色發(fā)光二級管可以用16只彩燈代替。按a鍵或A鍵，可以改變電位器的百分值，觀察燈移動的速度。百分比值增大時，燈移動的速度應(yīng)加快。取

16、不同的百分值，用示波器測量振蕩器的周期，將結(jié)果填入表3中。示波器的掃描時間的設(shè)置以示波器的屏幕上顯示2到3 個周期波形為宜。表2振蕩周期PR01030507090100周期T計算值測量值通過電流表顯示通過發(fā)光二級管的電流，改變限流電阻的阻值，觀察發(fā)光二級管時毫安表數(shù)值的變化。將IC1的第4腳復(fù)位端接地，用示波器觀察555的第三腳輸出，此時振蕩器沒有振蕩信號產(chǎn)生，LED0到LED15中某個燈亮。將IC1的第四腳復(fù)位端接VDD，將4514的第一腳接地，觀察發(fā)光二級管燈亮的現(xiàn)象，此時LED0到LED15中某個燈亮。若將4514的第23腳禁止端E非接VDD，此時LED0到LED15全部不亮。七、調(diào)式過

17、程搭完畢后檢查是否有多線，少線錯線，元器件的位置。極性是否正確，檢查正確后再通電調(diào)試。三腳雙色發(fā)光二級管中間的最長腳為公負(fù)極，第二長腳為紅色正極，最短的腳為綠色正極。通電調(diào)試主要從以下幾個方面進行：1). 檢查振蕩器是否振蕩。如果雙色發(fā)光二級管燈亮并且左右移動，說明振蕩器工作；如果雙色發(fā)光二級管只有固定的一盞燈亮，則應(yīng)檢查振蕩器是否振蕩。用示波器檢查振蕩器的輸出，或用指針式萬用表直流電壓擋測量振蕩器輸出。如果示波器能檢查出振蕩波形，或萬用表指針左右搖擺，則說明振蕩器已經(jīng)工作。2). 觀察計數(shù)器能否計數(shù)，若不能計數(shù)，檢查C4是否接錯或已經(jīng)損壞，若置數(shù)得的時間太久（LED7綠燈兩地太久），則應(yīng)減少

18、C4的容量或R19的阻值。接循環(huán)方式C，檢查計數(shù)器能否置零，若不能，檢查C3，R5等元器件。3). 接循環(huán)方式A，檢查D觸發(fā)器在一循環(huán)周期內(nèi)能否翻轉(zhuǎn)兩次，若不能翻轉(zhuǎn)，則應(yīng)現(xiàn)檢測D觸發(fā)器是否已經(jīng)損壞，再檢查VD1、VD2、R2、R3、IC4A等元器件。4). 接循環(huán)方式B，用萬用表測量IC6的輸出電壓，檢查擋計數(shù)器計數(shù)到“1111”，時，單穩(wěn)態(tài)電路的輸出是否從的電平變?yōu)楦唠娖?。如果單穩(wěn)態(tài)電路的輸出一直時低電平，則應(yīng)測量IC6的第二腳時候一直為高電平而沒有低電平觸發(fā)信號，然后再檢查周圍相關(guān)的元器件。如果單穩(wěn)態(tài)輸出始終為高電平，可能是IC6的第二腳電壓一直是低電平所導(dǎo)致，說明R20與R21的組織法選

19、擇不當(dāng)。5).接循環(huán)方式C，檢查能否四燈紅閃，四燈綠閃。檢查IC4C,IC7,VT2等元器件。八、體會 在課程設(shè)計的過程中，較多的時間是用來查閱資料，因為還是第一次做電子課程設(shè)計，圖書館的資料很有限，所以一般通過網(wǎng)上查閱，在此查閱期間，我學(xué)會了怎樣使用超星閱讀器和PDF閱讀器。在調(diào)試過程中，故障是不可避免的，或者正如老師所說沒有故障反而還不正常。產(chǎn)生故障的原因很多，情況也很復(fù)雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的上多種原因相互作用引起的復(fù)雜故障，因此需要掌握故障的一般診斷方法，故障診斷過程就是以故障現(xiàn)象出發(fā)，通過反復(fù)測試，做出分析判斷，逐步找出故障的過程。對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)來說，要在大量的元器件和線路中迅速，準(zhǔn)確地找出故障是見很不容易的事。要通過對原理圖的分析，把系統(tǒng)分成不同功能的電路模塊，通過逐一測量找出故