河南城建學(xué)院循環(huán)彩燈控制器

數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)河南城建學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)題目：循環(huán)彩燈控制器姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：時(shí)間：2014年6月16日~2014年6月19第第頁目錄TOC\o"1-5"\h\z.設(shè)計(jì)的題目3.設(shè)計(jì)的要求3.電路設(shè)計(jì)分析3.元件選擇的方案比較4.總電路方案設(shè)計(jì)6.單元電路組成7.仿真電路12.參考文獻(xiàn)14.設(shè)計(jì)總結(jié)15十.附件16.設(shè)計(jì)紅燈100的題目循環(huán)—,彩燈控制器．設(shè)計(jì)的要求共有1紅.、黃、綠3色彩燈各9個(gè)，要求按照一定順序和時(shí)間關(guān)系亮滅。動(dòng)作要求：先亮紅燈、后綠燈、再黃燈，分別按照的速度跑動(dòng)一次。然后全部紅燈亮，后綠燈亮、再黃燈亮以此順序和時(shí)間關(guān)系進(jìn)行循環(huán)。三．電路設(shè)計(jì)分析該循環(huán)彩燈控制器與其他普通彩燈電路不同，他要求電路中有三種不同顏色的彩燈——紅綠黃各九個(gè)。運(yùn)行的時(shí)候先亮紅燈、后綠燈、再黃燈，分別按照0要5的、速度跑動(dòng)一次。然后全部紅燈亮5、，后綠燈亮5、、再黃燈亮5、。以此順序和時(shí)間關(guān)系進(jìn)行循環(huán)。這樣就要求我們?cè)O(shè)計(jì)有兩個(gè)時(shí)間脈沖控制，首先是用0要5的、頻率脈沖控制，使紅燈、綠燈、黃燈依次跑動(dòng)一次，然后換成5、的頻率脈沖控制，全部紅燈亮5，、然后全部的黃燈亮5，、最后到綠燈亮5。、等全部的綠燈亮5、后，電路又換回到用0要5的、頻率脈沖控制，如此循環(huán)下去。由以上對(duì)電路的功能描述，初步確定，總的電路主要是由5個(gè)單元電路組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。整個(gè)電路可由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路、脈沖選擇電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器以及彩燈電路5個(gè)部分組成。其真值如下圖所示綠燈010黃燈001結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路四．元件選擇的方案比較時(shí)1間.脈沖電路的選擇方案一：由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器。當(dāng)電源電壓波動(dòng)時(shí)，會(huì)使振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓及外界干擾的影響，因此頻率穩(wěn)定性較差。方案二：由集成施密特觸發(fā)器組成多諧振蕩器。通過電容值和可調(diào)的電阻值來確定輸出矩形波的頻率值（通常為H并且集成施密特觸發(fā)器具有較好的性能，其正向閥值電壓和負(fù)向閥值電壓也很穩(wěn)定，有很強(qiáng)的抗干擾能力，使用方便，電路簡(jiǎn)單可調(diào)。根據(jù)各方面因素的分析，很明顯方案二更好。所以選擇了由集成施密特觸發(fā)器組成多諧振蕩器。2計(jì).數(shù)器的選擇方案一：芯片1S、和類似），是一個(gè)具有異步清零、同步置數(shù)、可預(yù)置的四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。方案二：，它是一片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，該器件具有個(gè)譯碼輸出端，每個(gè)譯碼輸出端通常處于低電平，在時(shí)鐘脈沖由低到高的轉(zhuǎn)換過程中依次進(jìn)入高電平，每個(gè)輸出在高電平維持10個(gè)時(shí)鐘周期中的1個(gè)時(shí)鐘周期，輸出10進(jìn)入低電平后進(jìn)位輸出由低電平轉(zhuǎn)到高電平，并能與時(shí)鐘允許端連成級(jí)。3譯.碼器的選擇方案一：，它為線線電路型號(hào)譯碼器，共有和兩種線路結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)一個(gè)選通端（）為高電平，另兩個(gè)選通端為低電平時(shí)，可將地址端的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。方案二：用譯碼器TTL4線一16線是線線譯碼器，當(dāng)選通端（，2均為低電平時(shí)，可將地址端（C的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端，以低電平譯出。4脈.沖選擇器單純用簡(jiǎn)單的門電路來控制脈沖源的選擇，用門電路再結(jié)合譯碼器幾個(gè)輸出端共同控制脈沖源的選擇，相當(dāng)于組成了一個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)。五.總電路方案設(shè)計(jì)方案一：個(gè)2彩7燈分組，紅燈每三個(gè)為一組，有三組，綠燈和黃燈和紅燈類似，共九組。需要兩個(gè)多諧振蕩器，一個(gè)實(shí)現(xiàn)的跑動(dòng)頻率以及另一個(gè)實(shí)現(xiàn)的跑動(dòng)頻率。需要一個(gè)脈沖選擇控制電路用加法計(jì)數(shù)器和譯碼器來達(dá)到選頻功能。一個(gè)12進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，再通過一個(gè)譯碼器，輸出12個(gè)輸出信號(hào)，其中前九個(gè)輸出控制第一個(gè)跑動(dòng)效果，后三個(gè)輸出控制第二個(gè)跑動(dòng)效果。利用前面的兩個(gè)55多諧振蕩器，使輸出前九個(gè)時(shí)用的跑動(dòng)頻率，后三個(gè)輸出用的跑動(dòng)頻率。方案二：個(gè)2彩7燈分組，紅燈每三個(gè)為一組，有三組，綠燈和黃燈和紅燈類似，共九組。需要一個(gè)多諧振蕩器，實(shí)現(xiàn)的跑動(dòng)頻率。需要兩個(gè)加法計(jì)數(shù)器和一個(gè)譯碼器。個(gè)計(jì)數(shù)器組成一個(gè)進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，輸入的脈沖源，計(jì)數(shù)器輸出端接一個(gè)譯碼器，譯碼器的輸出端接上彩燈。計(jì)數(shù)器從00000開0始計(jì)算，00到分別控制三種顏色的燈亮，到控制紅燈亮，綠燈和黃燈同理。一直到計(jì)數(shù)器計(jì)算到010，1然后清零，如此循環(huán)就可以了。兩種方案相比較而言，第二種方案需要大量的門電路，而且連線非常多，比較復(fù)雜。所以我選擇了第一種較為合理的方案。

六．單元電路設(shè)計(jì)用.55定5時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器上圖為多諧振蕩器的電路形式，用圖中電容用55時(shí)5器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如（）所示：圖中電容、電阻和作為振蕩器的定時(shí)元件，決定著輸出矩形波正、負(fù)脈沖的寬度。定時(shí)器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連；集電極開路輸出端（腳）按、相連處，用以控制電容的充、放電；外界控入端（腳）通過電容接地。其仿真原理圖如下：R3；15k0R2：R3；15k0R2：：2OkQ,31.5KO1LM555CN.計(jì)數(shù)器741芯6片1是一個(gè)具有異步清零，同步置數(shù)，可預(yù)置的同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其引腳如下圖所示，其中是異步清零端，是預(yù)置數(shù)控制端，，，，是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，和是計(jì)數(shù)使能端，是進(jìn)位輸出端。QccQAQBQC；QDSSLD」—LL—」」—L161514131211109)74LS1611逸345678￡IIIIIIICrCPABCDSIGND仿真原理圖如下：3.74154TTL4線一16線譯碼器，構(gòu)成輸出端為線一線譯碼器，當(dāng)選通端（、）均為低電平時(shí)，可將地址端（C的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端，以低電平譯出。如果將和中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端，由對(duì)輸出尋址，TTL4線一16線還可作線線數(shù)據(jù)分配器。、、、譯碼地址輸入端低電平有效，、選通端低電平有效，一輸出端（低電平有效）。其引腳圖：其仿真原理圖如圖所示：4.彩燈與驅(qū)動(dòng)電路7個(gè)彩燈分組，紅燈每三個(gè)為一組，有三組，綠燈和黃燈和紅燈類似，共九組。因?yàn)門TL4線一16線譯碼器是以低電平譯出的，所以在信號(hào)接入彩燈陽極的時(shí)候，都接上一個(gè)非門，把信號(hào)轉(zhuǎn)為高電平，所以彩燈陰極先接上一個(gè)電阻，用來保護(hù)LED燈管，再接地。NAND2NAND2NAND2NAND7NAND2NAND2NAND2NAND2NAND2NAND2NAND7NAND2NAND2NAND2七．仿真電路*1*jLmDg9"-hlR8型口LEDS制.VVVR7100Q?Fn7燈對(duì)__AAALl=3rnR61?OQlEDG'.VVVS02LED5的."-'■'hl尺4,.型口LED4制.VVVR3io。。?Fni燈打__AAALI=UJaR21QQQLED2^flr'.lr'.Ri1000?Fm閃網(wǎng)__AAALIzDT—JU33AMLS?ON>二K.■74161NA..E..Q..KNF?.以2ENT-LOAD?CLK一』jj；44Aho122456769o1224sOQQQ-QQQ000111—111ooooooa石JL■■NAN口2!!-U4■.LJ8AND?■NAND2NAND2NAND2NAND2NANI)?■NAND211>16LED/LE...D18Ft11邪LE3NANI)?電路上有兩個(gè)用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，分別為2kHZ和200HZ。一個(gè)進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，再通過一個(gè)譯碼器，輸出個(gè)輸出信號(hào)，其中前九個(gè)輸出控制第一個(gè)跑動(dòng)效果，后三個(gè)輸出控制第二個(gè)跑動(dòng)效果。利用前面的兩個(gè)55多5諧振蕩器，使輸出前九個(gè)時(shí)用的跑動(dòng)頻率，后三個(gè)輸出用的跑動(dòng)頻率。從而達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的效果。在仿真運(yùn)行的過程中，電路運(yùn)行總結(jié)果基本符合要求，各路彩燈都能按大致規(guī)定的要求亮起，元件也沒有出現(xiàn)燒壞的現(xiàn)象。電路中唯一不夠理想的就是電路中的時(shí)間可能不夠準(zhǔn)確，尤其是脈沖控制時(shí)各組彩燈同時(shí)亮起的時(shí)候，時(shí)間不夠準(zhǔn)確而且電路也不太穩(wěn)定。我們經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的討論分析認(rèn)為可能是由于各個(gè)模塊的電路都存在延時(shí)現(xiàn)象，所以才導(dǎo)致這種情況的發(fā)生。八，參考文獻(xiàn).《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版）閻石主編，高等教育出版社.《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》趙淑范王憲偉編著，清華大學(xué)出版社.《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》彭介華主編，高等教育出版社《4實(shí).用電子控制電路20例0》中國(guó)電力出版社《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與技術(shù)》東南大學(xué)出版社九．設(shè)計(jì)總結(jié).遇到的實(shí)際困難及解決措施在電路調(diào)試的過程中，遇到的最大的問題就是當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周全，芯片分布不夠合理，出現(xiàn)了許多“特長(zhǎng)線”。不但影響布線速度，而且也會(huì)給后來的調(diào)試帶來不必要的麻煩。當(dāng)時(shí)布線已經(jīng)不少，不可能重新開始，畢竟下了那么大的工夫，再三商量之后，最后只移動(dòng)了一個(gè)芯片，問題就得到了很大的改善。其次就是布線，因?yàn)橐蟛辉S交叉，而且要橫平豎直，所以在保證連通的情況下在布線上也下了不少的工夫。再者，提到本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，我想主要是在于個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)那幾個(gè)方面。每一個(gè)單元電路都需要有一個(gè)很清楚的條理，要有獨(dú)立思考的過程。例如我們?cè)谧雒}沖選擇電路時(shí)就嘗試了很多的方法，最后我們通過網(wǎng)絡(luò)和書籍的查詢，還是把它給完成了。.結(jié)論與心得《數(shù)字電子電路基礎(chǔ)》是我所學(xué)專業(yè)的主要課程之一，因此我認(rèn)為數(shù)電課程設(shè)計(jì)是十分必要而且十分重要的。盡管剛剛拿到課程設(shè)計(jì)題目時(shí)有點(diǎn)迷惘，不知道如何著手，但通過上網(wǎng)和圖書館查閱相關(guān)資料，自己認(rèn)真鉆研以及虛心詢問同學(xué)，終于解決了一個(gè)又一個(gè)的困難和障礙，大致成功完成了任務(wù)。通過本次的數(shù)電機(jī)課程設(shè)計(jì)，不僅大大地豐富了我的理論知識(shí)，而且在實(shí)踐過程中更令我學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力。此次數(shù)電課程設(shè)計(jì)需要運(yùn)用到許多之前所學(xué)過的知識(shí)，令我認(rèn)識(shí)到自己以前學(xué)習(xí)的一些不足之處，例如對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的理解INPUTS選定輸出不夠深刻，掌握得不夠牢固，運(yùn)用不夠靈活。這讓我懂得了認(rèn)真學(xué)習(xí)的重要性，以及要孜孜不倦地鉆研所學(xué)過的知識(shí)，做得融會(huì)貫通，不能一覽而過，不求甚解。在邊學(xué)習(xí)邊動(dòng)手的過程中，我對(duì)循環(huán)彩燈的構(gòu)造以及原理有了進(jìn)一步的了解，同時(shí)也加深和鞏固了我對(duì)數(shù)電這門課認(rèn)識(shí)。除此之外，由于是第一次做課程設(shè)計(jì)，因此在此次課程設(shè)計(jì)的過程中，無論是電路設(shè)計(jì)還是仿真難免遇到了不少困難和障礙，例如仿真軟件用的不熟悉、電路元件無從入手等。在面對(duì)困難和障礙時(shí)，我慶幸自己沒有退縮和逃避，而是通過各種方法，迎難而上，以堅(jiān)持、耐心和努力勇敢無畏地面對(duì)困難，克服困難，解決困難。讓我發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題以及動(dòng)手實(shí)踐的能力都有了很大的提高，并了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我們真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)《數(shù)字電子電路基礎(chǔ)》，知識(shí)只有在經(jīng)常的練習(xí)的過程中才能記得清晰。本次課程設(shè)計(jì)盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但從中所獲，將令我受益終生。十．附件真值表2.Ri.LDEPETCPABCDQa0XXXXXXXX001011/ABCDAB11117XXXX計(jì)74L4154真彳苧表°XXXXXX保IJX0XXXXX保

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