循環(huán)彩燈控制器課程設(shè)計報告

1、 摘 要 這次課程設(shè)計通過對彩燈的設(shè)計，訓練對數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)容的應用能力，掌握對電子產(chǎn)品設(shè)計的流程以及各種要求。彩燈技術(shù)已廣泛得在霓虹燈、廣告彩燈、汽車車燈等領(lǐng)域中應用。 動態(tài)霓虹燈應該聚而不散、不能為了追求“跳躍”而給人凌亂的感覺，不管采用何種色彩，何種圖案，都應該有順序地漸變和跳躍，給受眾一種秩序感，主次感、并便于受眾順著有規(guī)律的節(jié)奏接著看第二次、第三次。在設(shè)計制作時，既要給人以變幻的吸引力，又要主次分明，沒有色彩和圖案紊亂的感覺。變換、閃爍、跳躍式的霓虹燈為營造歡樂、多姿多彩的生活正越來越受到人們的重視。 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。再設(shè)計中

2、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，使電路簡潔，而且能提高電路的穩(wěn)定性，降低成本。因此用集成電路來實現(xiàn)個更多更復雜的器件功能則成為必然。這次的課程設(shè)計用NE555，74LS194來實現(xiàn)彩燈循環(huán)的控制。關(guān)鍵詞 NE555 74LS194 目錄摘 要I1 緒論11.1項目研究的背景與意義11.2 彩燈控制系統(tǒng)研究的意義11.3 國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)展22 設(shè)計題目：簡易彩燈循環(huán)控制器32.1 設(shè)計主要內(nèi)容及要求33 系統(tǒng)設(shè)計43.1 概述43.1.1彩燈信號輸出部分43.1.2 雙向移位寄存器74LS194的原理詳解44 硬件調(diào)試74.1 芯片引腳及功能74.1.1芯片NE55574.

3、1.2 芯片74LS19484.2發(fā)光二極管95單元電路設(shè)計105.1 555定時電路組成的多諧振蕩電路后的示意圖105.2 由74LS194組成的單組控制電路115.3電路總圖125.4實物圖136 硬件調(diào)試146.1調(diào)試步驟146.1.2接通電源觀察146.1.3工作開關(guān)斷開的情況下的調(diào)試146.1.4工作開關(guān)閉合的情況下的調(diào)試14總結(jié)15致謝16參考文獻17附錄118總電路圖18附錄219元件清單19 1 緒論1.1項目研究的背景與意義 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。再設(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，使電路簡潔，而且

4、能提高電路的穩(wěn)定性，降低成本。因此用集成電路來實現(xiàn)個更多更復雜的器件功能則成為必然。 19世紀興起的數(shù)字電路以其先天的便捷、穩(wěn)定的優(yōu)點在現(xiàn)代電子技術(shù)電路中占有越來越重要的地位。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流水燈。LED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。為了追求“跳躍”而給人凌亂的感覺，不管采用何種色彩，何種圖案，都應該有順序地漸變和跳躍，給受眾一種秩序感，主次感、并便于受眾順著有規(guī)律的節(jié)奏接著看第二次、第三次。在設(shè)計制作時，既要給人以變幻的吸引力，又要主次分明，沒有色彩和圖案紊亂的

5、感覺。變換、閃爍、跳躍式的霓虹燈為促進銷售，為營造歡樂、多姿多彩的生活正越來越受到人們的重視與歡迎。1.2 彩燈控制系統(tǒng)研究的意義 利用控制電路可使彩燈按一定的規(guī)律不變的改變狀態(tài)，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電（與全部彩燈始終全亮相比）。近年來，隨著人們生活水平的較大提高，不光是對各種各樣的生活電器的需要，也開始在環(huán)境的優(yōu)雅方面有了更高的要求。比如日光燈已不能滿足于我們的需要，彩燈的運用已經(jīng)遍布人們的生活，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，這些不僅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

6、，從原理上，是我們對這一設(shè)計有所了解，將其確實的與我們聯(lián)系起來。 根據(jù)市場需求的調(diào)查顯示，許多商業(yè)廣告、公益廣告、娛樂場所等，大多采用循環(huán)彩燈控制器的形式。它們通過巧妙構(gòu)思與創(chuàng)作，做到廣告、彩燈等作品色彩鮮艷，富有創(chuàng)意，變化形式豐富，起著宣傳和美化環(huán)境的作用，營造文明亮麗氛圍，總體來說彩燈控制電路運用極其廣泛1.3 國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)展 查閱相關(guān)資料可知，國內(nèi)外現(xiàn)今彩燈循環(huán)控制主要由以下方法： 采用單片機或DSP控制，單片機與DSP在通信、信號處理、自動化等諸多領(lǐng)域有著極其廣泛的應用。對單片機或DSP芯片編寫程序來實現(xiàn)對彩燈的控制，具有控制方便靈活，顯示多種多樣，外圍電路少等優(yōu)點。 采用CPLD或

7、FPGA控制。CPLD與FPGA均是基于硬件描述語言的編程，具有單片機和DSP處理器相同的優(yōu)點，但實現(xiàn)成本相對較高。 采用數(shù)字集成電路，由于集成度高、功能強大、所需器件少、成本低等諸多優(yōu)點，所以集成電路在各種電子設(shè)備中得到了非常廣泛的應用。 2 設(shè)計題目：簡易彩燈循環(huán)控制器2.1 設(shè)計主要內(nèi)容及要求1）簡要說明 設(shè)計簡易彩燈循環(huán)控制器，此控制器實現(xiàn)彩燈點亮的一些動態(tài)效果。設(shè)置紅綠黃3種顏色燈為一組，共9組。2）任務(wù)和要求(1) 彩燈自左到右漸亮至全亮；(2) 彩燈自左到右漸滅至全滅；(3) 彩燈自右到左漸亮至全亮；(4) 彩燈自右到左漸滅至全滅；(5) 彩燈全亮與彩燈全滅；(6) 每個燈循環(huán)亮

8、，0.5s跑一次；(7) 按顏色循環(huán)，全部紅亮，一次綠和黃，時間間隔5s；(8) 寫出設(shè)計步驟，畫出最簡的邏輯電路圖；(9) 對設(shè)計的電路進行仿真、修改，使仿真結(jié)果達到設(shè)計要求；(10) 安裝并測試電路的邏輯功能。3）訓練目標 熟練使用proteus軟件仿真，具備數(shù)字電子技術(shù)制作初步能力，通過完成本課題的硬件設(shè)計，使同學們了解數(shù)字電路整個開發(fā)流程。 3 系統(tǒng)設(shè)計3.1 概述3.1.1彩燈信號輸出部分 為實現(xiàn)27路彩燈輸出，本案例選用9塊集成電路譯碼器74194進行控制信號的輸出。 圖3.1 彩燈信號輸出部分 每個74194輸出一組彩燈紅、綠、黃，將Q3接到下一個芯片的2腳即SR端，將Q1接到上

9、一個芯片的7腳即SL端。3.1.2 雙向移位寄存器74LS194的原理詳解 本案中采用了九塊集成電路雙向移位寄存器74LS194，用以九組彩燈進行控制，達到實現(xiàn)多種亮法的目的。 圖3.2 74LS194引腳圖 圖3.2 74LS194功能表 MR：數(shù)據(jù)清零端，低電平有效 D0D3：并行數(shù)據(jù)輸入端 Q0Q3：數(shù)據(jù)輸出端 SR：右移串行數(shù)據(jù)輸入端 SL:左移串行數(shù)據(jù)輸入端 S0S1:運行方式控制 S0=S1=1：數(shù)據(jù)并行輸入 S1=0,S0=1:數(shù)據(jù)右移輸入 S1=1,S0=0：數(shù)據(jù)左移輸入 S1=S0=0:寄存器處于保持狀態(tài) CLK：時鐘脈沖輸入端，上升沿有效 由此可見：74HC194具有并行輸

10、入，串行左移輸入，串行右移輸入。使用時只要將MR處于高電平，然后選擇控制方式,如果要選用并行輸入，將S0,S1分別置1，然后給D3D0數(shù)據(jù)，給CP一個上升沿，這樣數(shù)據(jù)就被寫到了輸出端Q3Q0了。CP相當于一個鎖存信號控制，給一個上升沿，輸出與輸入同步，不給上升沿，輸出保持。 如果要選用串行左移輸入，只要將S0=0，S1=1，然后給SR數(shù)據(jù)a，之后CP輸出一個上升沿，就寫入一個SR到D0，接著給SR數(shù)據(jù)b，CP輸出一個上升沿，這樣數(shù)據(jù)b又寫入了D0，D0的值給了D1，這樣依次移位。達到串行輸入的目的。如果輸出數(shù)據(jù)要取消的話可以用MR置0的方式。4 硬件調(diào)試4.1 芯片引腳及功能4.1.1芯片NE

11、555 圖4.1 NE555引腳圖引腳說明：1腳（GND）是接地端；2腳（TR)稱為觸發(fā)器；3腳（VO)是輸出端，它有0和1兩種狀態(tài)；4腳（MR)是復位端，加上低電平時可是輸出為低電平；5腳（VC）是控制電壓端，可用它改變上下觸發(fā)電平值；6腳（TH)稱閾值端；7腳（DIS）是放電端，他是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由放電端的狀態(tài)決定；8腳（VCC)是電源端。 輸 入輸 出0XX0導通10導通1不變不變11截止11截止 圖4.2 NE555邏輯功能表 本次設(shè)計通過使用555多諧振蕩器完成信號的輸入和時鐘脈沖，第一個震蕩出10HZ頻率的脈沖用來當做整個設(shè)計的時鐘脈沖即CP，第二個用

12、可調(diào)占空比的多諧振蕩器產(chǎn)生周期為5秒的方波用來輸入74LS194的SR腳和SL腳控制的燈亮和燈滅，保證27個彩燈漸亮到全亮，漸滅到全滅。4.1.2 芯片74LS194 把移位寄存器的輸出反饋到它的串行輸入端，就可進行循環(huán)移位，如圖所示，把輸出端Q0和右移串行輸入端Sr相連接，設(shè)初始狀為0000，則在時鐘脈沖作用下，將一次變?yōu)?000，再變?yōu)?100，之后0010，最后0001，可見它是一個具有四種有效狀態(tài)的計數(shù)器，這種類型的計數(shù)器通常稱為環(huán)形計數(shù)器，該圖電路可由各個輸出端輸出時間上的先后順序的脈沖，因此也可成為順序脈沖發(fā)生器。      

13、60;  圖4.3 74 LS194構(gòu)成8位移位寄存器 4.2發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是半導體二極管中的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．斀o發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和自N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短，常用的是發(fā)紅光，綠光或黃光的二極管。 圖4.4 發(fā)光二極管 5單元電路設(shè)計5.1 555定時電路組成

14、的多諧振蕩電路后的示意圖 圖5.1 555產(chǎn)生連續(xù)時鐘脈沖信號電路 n 圖5.2 555可調(diào)占空比電路5.2 由74LS194組成的單組控制電路 圖5.3 單個移位寄存器仿真圖 圖4.2為在仿真軟件Proteus中進行仿真的示意圖，脈沖信號為時鐘脈沖信號。如圖S1S0都為低電平時處于保持狀態(tài)。 S1S0=01 實現(xiàn)右移位 S1S0=10 實現(xiàn)左移動 S1S0=00 實現(xiàn)保持功能 S1S0=11 實現(xiàn)置數(shù)功能 5.3電路總圖 圖5.4 總體電路圖 從電路圖的設(shè)計，項目編譯，擬真，至最后的下載運行，本案成功地達到了課設(shè)的要求。本案可現(xiàn)實四種彩燈亮法，該四種方法用兩個開關(guān)INPUT1和2控制： （1

15、）00狀態(tài)下：輸出保持狀態(tài)，即保持全亮全滅； （2）01狀態(tài)下：從右向左依次亮到全亮，在依次滅到全滅； （3）11狀態(tài)下：從左向右依次亮到全亮，在依次滅到全滅； （4）10狀態(tài)下：16路彩燈連續(xù)閃爍； （5）電路具有總開關(guān)“EN”，置1工作； （6）電路具有清零開關(guān)CLEAR。5.4實物圖 6 硬件調(diào)試6.1調(diào)試步驟 6.1.1檢查電路. 對照電路圖認真檢查電路，首先查看電源是否接錯或短接，然后檢查各芯片是否安裝牢固，最后對照電路圖認真查看各芯片的管腳是否接錯、漏接或出現(xiàn)多接線的現(xiàn)象。 接通電源觀察 在做好第一步的基礎(chǔ)上進行下一步。接通電源，如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象立即關(guān)閉電源，按第一步重新檢查電路對

16、出現(xiàn)事故的電路部分進行著重的檢查，直至發(fā)現(xiàn)并排除錯誤。 工作開關(guān)斷開的情況下的調(diào)試 當?shù)诙酵瓿珊?，在斷開開關(guān)的情況下用一個發(fā)光二極管檢測脈沖信號的輸出，各芯片的初始輸出是否正確，如果存在問題，查找出原因并解決。 工作開關(guān)閉合的情況下的調(diào)試 閉合工作開關(guān)，觀察顯示結(jié)果是否正確，如果存在問題繼續(xù)調(diào)試。調(diào)試結(jié)束后觀察調(diào)試后的結(jié)果是否符合設(shè)計要求。 總結(jié) 課程設(shè)計剛開始時，拿著選定的題目不知如何入手。畢竟課程設(shè)計不同于實驗課，電路圖和程序都要自己設(shè)計。靜下心來，仔細分析題目，再加上指導老師的說明與提示和同組成員的幫助，心中才有了譜。將整個系統(tǒng)根據(jù)不同的功能劃分成模塊，在分別進行設(shè)計，逐個攻破，最后將

17、其整合即可。 層次概念對于設(shè)計復雜的數(shù)字系統(tǒng)是非常有用的，它使得我們可以從簡單的單元入手，逐漸構(gòu)成龐大而復雜的系統(tǒng)。實驗表明，此設(shè)計方法能夠滿足不同花樣的變化要求，但是實驗中也出現(xiàn)了一些不熟練的操作問題和一些復雜的程序的不能完全理解都需要我在平時多學習，進一步完善自己。在課設(shè)中經(jīng)常遇到一些自己可能暫時無法想明白的問題，請教同學或老師是很好的做法，節(jié)省時間也會從別人身上學到很多。在老師的合理安排和悉心指導下，我按時完成了課程設(shè)計的題目。在設(shè)計時和同學相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對問題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的思路，其他人的設(shè)計一定有比你出色的地方。 通過這次課程設(shè)計，

18、使我受益頗多。我通過查閱大量的資料，和同學交流經(jīng)驗，向老并師請教，使自己收獲頗多，不但懂得了設(shè)計的原理和方案，還可以讓我在這次的設(shè)計中知道了許多我以前不懂的地方，知道每一項的成就都不是那么容易的，每個成功的人后面必定會付出了比我們想象的更多的辛勞，所以，在今后的日子里，我將會將我懂得的很多道理應用到實際生活中去，那么將會更加培養(yǎng)了我的能力，無論是在哪些方面。也了解到課程實習設(shè)計是開端，鏈接是關(guān)鍵，測試時必須。即鞏固了課堂上學到的理論知識，又掌握了常用集成電路芯片的使用。在此基礎(chǔ)上學習了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和方法，學會了科學的分析實際問題，通過查資料及請教老師和同學等多種途徑，獨立解決問題。同時，也培養(yǎng)了我認真嚴謹?shù)膽B(tài)度。 課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，也使我對抽象的理論有了具體的認識。同時又是一門講道課，一門辯思課，讓我深刻的認識到，面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，才能成功。生活就是這樣，汗水預示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設(shè)計為我們的社會付出。 我想說，設(shè)計確實有些辛苦，但苦中也有樂，對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加