節(jié)日裝飾彩燈電路設(shè)計

1、 課程設(shè)計任務(wù)書20102011學(xué)年第二學(xué)期專業(yè):電子信息工程技術(shù)學(xué)號:090602040 姓名:孫凌志課程設(shè)計名稱:電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計題目:節(jié)日裝飾彩燈電路設(shè)計完成期限:自2011年 5 月31 日至2011 年 6 月14 日共 2 周設(shè)計依據(jù)、要求及主要內(nèi)容:一、課題意義本課題利用電子技術(shù)知識設(shè)計出彩燈裝飾電路,該電路系統(tǒng)主要由電源電路、超低頻頻率振蕩器、十進(jìn)制計數(shù)器/脈沖分配器、晶閘管開關(guān)電路等部分組成。通過本課題練習(xí),學(xué)生對綜合知識應(yīng)用能力、設(shè)計能力將有較大提高,對今后從事電子產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、經(jīng)營維修等打下基礎(chǔ)。二、課題實現(xiàn)方法本課題利用電子技術(shù)設(shè)計節(jié)日裝飾彩燈電路,可以先查閱相

2、關(guān)資料(網(wǎng)上查找或參考相關(guān)書籍手冊,明確課題的方向和目的,然后學(xué)習(xí)完成課題所需的理論知識,了解電路的工作原理;在理解的基礎(chǔ)上確定設(shè)計方案,設(shè)計出完整的電路,提交課程設(shè)計說明書一份。三、設(shè)計內(nèi)容1.用7555時基電路與外圍電阻、電容等元件組成超低頻振蕩器,振蕩頻率約為2-5HZ;十進(jìn)制計數(shù)器/脈沖分配器輸出電平控制晶閘管的開合,實現(xiàn)3路彩色燈串循環(huán)點亮,給人們帶來視覺上的動感效果。2.設(shè)計要求畫出電路原理圖;標(biāo)注元器件及參數(shù)選擇;3.設(shè)計過程中,能發(fā)現(xiàn)問題和并解決問題。4.編寫設(shè)計報告,寫出設(shè)計過程,附上有關(guān)資料和圖紙,有心得體會。四、設(shè)計要求1 運用555定時器,模十六計數(shù)器74LS161,雙

3、D觸發(fā)器74LS74,四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153,八位移位寄存器74LS164等電路元件組成彩燈控制電路。 2由555振蕩電路產(chǎn)生一矩形脈沖,在經(jīng)74LS93分頻后得到四路分頻信號,由74LS7474LS153組成的電子開關(guān)去控制這四路分頻信號,進(jìn)而控制彩燈亮滅的順序,從而出現(xiàn)彩燈四種花樣自動切換。3 寫出詳細(xì)的設(shè)計報告。五、參考文獻(xiàn)1 馬秀娟.電工電子實踐教程M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2004.157-1602 呂曙東、孫宏國.電工電子實驗技術(shù)M.南京:東南大學(xué)出版社, 2004.196-1983 褚南峰.電工技術(shù)試驗及課程設(shè)計M.北京:中國電力出版社,2005.166-168

4、4 郭永貞.電子技術(shù)試驗與課程設(shè)計指導(dǎo)模擬電路分冊M.南京:東南大學(xué)出版社,2004.34-395 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)M.第五版.北京:高等教育出版社,2006.2-5106 西華大學(xué)老師.電子技術(shù)試驗指導(dǎo)書M.成都:西華大學(xué)電工電子試驗實習(xí)中心,2009.105-188 節(jié)日裝飾彩燈電路設(shè)計摘要彩燈是我國普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合性的工藝品。彩燈藝術(shù)也就是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。由555振蕩電路產(chǎn)生一矩形脈沖,在經(jīng)74LS93分頻后得到四路分頻信號,由74LS7474LS153組成的電子開關(guān)去控制這四路分頻信號,進(jìn)而控制彩燈亮滅的順序,從而出現(xiàn)彩燈四種花樣自動切換。關(guān)鍵詞:彩燈電路,555定

5、時器,雙D觸發(fā)器,八位移位寄存器 目錄一、緒論 (51.1彩燈控制技術(shù)狀況 (51.2本設(shè)計任務(wù) (5二、總體方案設(shè)計 (6三、單元模塊設(shè)計 (73.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計 (73.2功能器件的介紹 (12四、系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) (154.1系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能 (154.2系統(tǒng)指標(biāo) (15總結(jié) (17致謝 (17參考文獻(xiàn) (17 一、緒論彩燈是我國普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合性的工藝品。彩燈藝術(shù)也就是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。新中國成立后,彩燈藝術(shù)得到了更大的發(fā)展,特別是隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,彩燈藝術(shù)更是花樣翻新,奇招頻出,傳統(tǒng)的制燈工藝和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合,將電子、建筑、機械、遙控、聲學(xué)

6、、光導(dǎo)纖維等新技術(shù)、新工藝用于彩燈的設(shè)計制作,把形、色、光、聲、動相結(jié)合,思想性、知識性、趣味性、藝術(shù)性相統(tǒng)一。在當(dāng)今的社會里,彩燈已經(jīng)成為我們生活的一部分,能給我們帶來視覺上的享受還能美化我們的生活。1.1 彩燈控制技術(shù)狀況彩燈控制電路是由單元電路組合而成的,主要由555振蕩電路產(chǎn)生一矩形脈沖,在經(jīng)74LS93分頻后得到四路分頻信號,由74LS7474LS153組成的電子開關(guān)去控制這四路分頻信號,進(jìn)而控制彩燈亮滅的順序,從而出現(xiàn)彩燈四種花樣自動切換。1.2 本設(shè)計任務(wù)運用555定時器,模十六計數(shù)器74LS161,雙D觸發(fā)器74LS74,四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153,八位移位寄存器74LS1

7、64等電路元件組成彩燈控制電路, 二、總體方案設(shè)計通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料,并結(jié)合自己的實際知識,畫出了一個比較合理的原理框圖。2.1方案原理框圖如圖所示。 原理框圖方案:彩燈控制器原理框圖如圖2-2所示。用555構(gòu)成多諧振蕩器。用4位2進(jìn)制計數(shù)器74LS93接成16進(jìn)制計數(shù)器,其4個輸出端可以分別輸出對計數(shù)脈沖的2、4、8、16分頻信號。用雙D觸發(fā)器74LS74接成2進(jìn)制加法計數(shù)器。數(shù)據(jù)選擇器由雙4選174LS153構(gòu)成,并且只用它的一組4選1數(shù)據(jù)通道。移位寄存器選擇八位74LS164,它是產(chǎn)生移動燈光信號的核心器件。 三、單元模塊設(shè)計主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以

8、及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系;同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計本系統(tǒng)主要分為3個單元模塊,它們分別是:時鐘脈沖產(chǎn)生電路模塊、彩燈開關(guān)電路模塊和花樣輸出電路模塊。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,其周期為:T=0.7(R1+2R2C(3-1要用兩個555產(chǎn)生兩個時鐘脈沖,一個控制74LS161模十六計數(shù)器和八位移位寄存器,要能看到彩燈的流動,其周期設(shè)為1秒左右, 電阻值和電容值可設(shè)為: R1=1K,R2=51K,C=0.01F由公式1計算得:T=0.

9、721S電路圖如圖1所示: 圖1 時鐘電路另一個555產(chǎn)生的矩形脈沖控制彩燈的自動轉(zhuǎn)換,其周期設(shè)為模十六計數(shù)器的20倍,改變R1、R2的阻值即可,可設(shè)為:R1=1K,R2=1M,C=0.01F由公式(3-1計算得:T=14.42S要實現(xiàn)彩燈四花樣的自動轉(zhuǎn)換,就要使四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153循環(huán)地輸出Z1、Z2、Z3、Z4。使雙D觸發(fā)器的輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的兩個地址輸入端,雙D觸發(fā)器能產(chǎn)生00、01、10、11這四鐘循環(huán)的狀態(tài),從而使選擇器循環(huán)的選擇一種碼輸出,實現(xiàn)彩燈的四花樣循環(huán)。IC2、IC4、IC5共同組成了一個電子開關(guān)。IC2輸出的計數(shù)脈沖經(jīng)IC4兩位二進(jìn)制計數(shù),在IC4的兩個輸出端

10、共可得到“00”“11”4個邏輯狀態(tài)。這4個狀態(tài)作為IC5的4個數(shù)據(jù)通道選擇信號,對應(yīng)從IC3輸送到IC5的QA、QB、QC、QD4個分頻信號。其作用相當(dāng)于一個受控的一刀四位的機械轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)IC4輸出為“00”時,選通IC5的腳;為“01”時,選定IC5的腳。調(diào)節(jié)RW2改變IC2的輸出脈沖周期,可以改變開關(guān)的切換時間,用以選擇每種花樣出現(xiàn)時間的長短 開關(guān)電路圖如圖2所示: 圖2 開關(guān)電圖令Q1Q2=AB ,74LS153數(shù)據(jù)選擇器的功能表如圖3-3所示表1. 數(shù)據(jù)選擇器功能表 由表1可知,數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端A 、B 循環(huán)轉(zhuǎn)變,輸出端1Y 循環(huán)選擇四種碼Z1、Z2、Z3、Z4輸出,使彩燈的

11、四花樣自動循環(huán)改變。 輸出電路由八位移位寄存器74LS164、八個彩燈和八個驅(qū)動電阻構(gòu)成(如圖3所示。寄存器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關(guān)電路輸出的四種碼,這四種碼在移位寄存器的八位并行輸出端從QA向QH移動,輸出四種彩燈花樣。 圖3 輸出電路驅(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。從IC5第腳輸出的數(shù)據(jù)信號送到IC6的輸入端第腳,在時鐘脈沖作用下,數(shù)據(jù)在IC6的8位并行輸出端從Q0一Q7順序移動。這一移動的8位控制信號經(jīng)功率驅(qū)動電路去推動8路彩燈,就出

12、現(xiàn)了8路4花樣自動循環(huán)切換的流水彩燈。當(dāng)輸入移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端的碼為10000000時,清零后在移位脈沖CP的作用下,寄存器數(shù)碼移動情況如表2所示 表2 寄存器數(shù)碼移動情況表 由表2可看出,輸入碼中的那位高電平“1”從寄存器的輸出端QA經(jīng)八個移位脈沖CP作用后逐漸到了QH,使輸出端所連接的彩燈依次點亮,實現(xiàn)了彩燈依次點亮的花樣。當(dāng)輸入另外的三種碼時,寄存器的數(shù)碼移動原理相似,所以就不累贅了。 3.2功能器件的介紹本系統(tǒng)中主要使用了如下一些功能器件:555定時器、8位移位寄存器74LS164、雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153。下面就這些器件的功能特點、主要參數(shù)和使用方法作相應(yīng)說明。如圖4所示:

13、 圖4 555定時器由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度較高,而且采用差分電路形式,用555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。555定時器有二個比較器A1和A2,有一個RS觸發(fā)器,R和S高電平有效。三極管VT1對清零起跟隨作用,起緩沖作用。三極管VT2是放電管,將對外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個由三個5kW電阻組成的分壓器,由此可以獲得和兩個分壓值,一般稱為閾值。555定時器的1腳是接地端GND,2腳是低觸發(fā)端TR,3腳是輸出端OUT,4腳是清除端R,5腳是電壓控制端CV,6腳是高觸發(fā)端TH,7腳是放電端DC,8腳是電源端VCC。555定時器的輸出端

14、電流可以達(dá)到200mA,因此可以直接驅(qū)動與這個電流數(shù)值相當(dāng)?shù)呢?fù)載,如繼電器、揚聲器、發(fā)光二極管等。 芯片管腳圖如圖5所示: 圖5 74LS164移位寄存器主要參數(shù)及特點1.串行輸入帶鎖存2.時鐘輸入,串行輸入帶緩沖3.異步清除4.最高時鐘頻率可高達(dá)36Mhz5.功耗:10mW/bit6.74系列工作溫度: 0°C - 70°C7.Vcc最高電壓:7V8.輸入最高電壓:7V9.最大輸出驅(qū)動能力:10.高電平:-0.4mA11.低電平:8mA 移位寄存器屬于同步時序電路,在同一時鐘脈沖作用下,可以將寄存的二進(jìn)制代碼或數(shù)據(jù)依次移位,用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行/并行或并行/串行的轉(zhuǎn)換、數(shù)值

15、運算以及其他數(shù)據(jù)處理功能。芯片管腳圖如圖6所示 圖6 74LS153數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇是指經(jīng)過選擇,把多路數(shù)據(jù)中的某一路數(shù)據(jù)傳送到公共數(shù)據(jù)線上,實現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能的邏輯電路稱為數(shù)據(jù)選擇器。它的作用相當(dāng)于多個輸入的單刀多擲開關(guān)。本設(shè)計只用到了其中一組4選一開關(guān)。 四、系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)4.1 系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能設(shè)計的彩燈控制器實現(xiàn)(1 彩燈一亮一滅,從左向右移動;(2 彩燈兩亮兩滅,從左向右移動;(3 四亮四滅,從左向右移動;(4 從18從左到右逐次點亮,然后逐次熄滅;(5 四種花樣自動變換。4.2 系統(tǒng)指標(biāo)我們對數(shù)據(jù)選擇器和移位寄存器進(jìn)行了測試,主要是觀察運行后高低電平的變換記錄表格。數(shù)據(jù)選擇器記

16、錄表格如3所示、移位寄存器如表4所示。表3 數(shù)據(jù)選擇器運行參數(shù) 環(huán)轉(zhuǎn)變,輸出端1Y循環(huán)選擇四種碼Z1、Z2、Z3、課程設(shè)計說明書 Z4 輸出，使彩燈的四花樣自動循環(huán)改變。 表4 移位寄存器移動高低電平變化 CP 1 2 3 4 5 6 7 8 Ri 1 0 0 0 0 0 0 0 QA 1 0 0 0 0 0 0 0 QB 0 1 0 0 0 0 0 0 QC 0 0 1 0 0 0 0 0 QD 0 0 0 1 0 0 0 0 QE 0 0 0 0 1 0 0 0 QF 0 0 0 0 0 1 0 0 QG 0 0 0 0 0 0 1 0 QH 0 0 0 0 0 0 0 1 16 課程設(shè)計

17、說明書 總 結(jié) 本電路采用 555 構(gòu)成多諧振蕩器。 4 位 2 進(jìn)制計數(shù)器 74LS93 接成 16 進(jìn)制 用 計數(shù)器，其 4 個輸出端可以分別輸出對計數(shù)脈沖的 2、4、8、16 分頻信號。用雙 D 觸發(fā)器 74LS74 接成 2 進(jìn)制加法計數(shù)器。數(shù)據(jù)選擇器由雙 4 選 174LS153 構(gòu)成， 并且只用它的一組 4 選 1 數(shù)據(jù)通道。來實現(xiàn)彩燈四花樣的自動轉(zhuǎn)換。 致謝 感謝老師的指導(dǎo)，使我能夠完整的設(shè)計出一個節(jié)日裝飾彩燈電路的設(shè)計。今后我 會更加努力的學(xué)習(xí)這些知識， 從而做出更加節(jié)能， 完美， 實用的一些電路的設(shè)計。 參考文獻(xiàn) 1 馬 秀 娟 . 電 工 電 子 實 踐 教 程 M. 哈 爾 濱 ： 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 出 版 社 ， 2004