彩灯控制设计.doc

湖南涉外经济学院课程设计报告课程名称： 电子技术课程设计 报告题目： 彩灯控制器的设计 学生姓名： 所在学院： 专业班级： 学生学号： 指导教师： 20 13 年 12 月 25 日彩灯控制器的设计报告题目彩灯控制器的设计完成时间2013/12/25学生姓名专业班级指导教师职称讲师总体设计要求和技术要点一、设计要求1、用16个三色LED灯组成一个彩灯模型；2、循环显示不少于16种不同显示状态，具有一定的观赏性；3、每种状态的显示时间在1S-2S可调；4、具有加电复位功能二、技术要点系统框图如下：摘要 现代电子技术的课程设计主要利用EWB或Multisim软件进行电路图的绘制及仿真设计。根据课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，并通过论证与选择，确定总统方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算，包括元器件的选用和电路参数的计算。并用电子设计软件对电路进行辅助设计和模拟仿真。最后画出总体电路图。预设计经指导老师审查通过后，从实验室领取所需元件和材料，并在实验板上焊接电路。此后运用测试仪表进行电路调试，排除电路故障，调整元器件，修改电路，使之达到设计指标要求。课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练。通过写报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且把实践内容上升到理论高度。现代电子技术课程设计应达到以下基本要求：1)综合运用电子技术课程中所学到的理论知识去独立完成一个设计课题；2)通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力；3)进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；4)学会电子电路的安装与调试技能；5)进一步熟悉电子仪器的正确使用方法；6)学会撰写课程设计总结报告；7)培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。关键词：多谐振荡器 计数器 译码器 EWB 频率目录一、概述1二、设计方案的选择和电路框图1 2.1、设计目的1 2.2、 题目分析1 2.3、题目设计1 2.4、结构框图1三、设计原理1四、各单元电路的设计、计算和说明(本人负责部分)2 （一）74LS161计数部分2 （二）74LS138译码电路2五、整体电路图4六、所用元器件及器材5七、芯片功能5 7.1、NE5555 7.2、74LS1386 7.2.1、译码器简介6 7.2.2 74LS138 的应用6 7.3、74LS1617 7.3.1、74LS161简介7 7.3.2、74LS161的应用7八、结论与心得8九、参考文献9一、概述彩灯控制器设计简介：利用移位寄存器和计数器等设计一彩灯控制电路，改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。电路实用，也可以通过计算机仿真直观地看到循环彩灯的控制效果，综合运用所学数字电路知识，学会设计和调试方法，从而产生浓厚兴趣。如果稍微改动控制电路，可以更加完善，完成基于移位寄存器的彩灯控制器设计。二、设计方案的选择和电路框图2.1设计目的设计一种利用发光二极管作为彩灯指示实现发光二极管依次点亮形成移动的光点并不断循环的彩灯循环控制电路，要求可以实现彩灯循环的变化规律可以调节。1）学会分析、设计和测试用555定时器构成的多谐振荡器。2）熟悉译码器和中规模集成计数器的工作原理。3）利用译码器和计数器设计彩灯控制电路，实现不同的闪烁效果2.2 题目分析我们设计的流水灯实际上是主要使用一个74LS161，两个74LS138，四个74LS00和一个555定时器这五个芯片对24个LED进行控制，产生循环控制的效果。2.3题目设计用附加电容、电阻把555定时器接成一多谐震荡器，产生脉冲信号。两个74LS138扩展成4-16线译码器，与LED向接。74LS161作为计数器。555时序电路74LS161计数部分2.4结构框图如图1.74LS138译码器电路部分LED显示部分图1 结构框图三、设计原理设计彩灯循环控制电路，要求该电路彩灯循环显示频率快慢可调，控制器具有多路输出。该电路由555定时器、74LS161计数器和138译码器组成。74LS191计数器的时钟信号由555振荡电路提供。计数器输出信号输人至138译码器，由138译码，根据计数器输出不同的计数结果，即可控制138译码器译码得到不同的输出信号，决定彩灯的循环变化。显然，不同的计数器与译码器电路，得到的是不同的彩灯循环控制结果。若译码变，在计数器的控制端输入不同的控制信号，进行不同的计数，则在输出端可见不同的彩灯循环输出。四、各单元电路的设计、计算和说明（一）74LS161计数部分 因为在试验中需要一个16进制的计数器，因此采用74LS161同步计数器。我们可以改变计数器的加减来控制LED亮灭的方向。 置数端A、B、C、D分别置0。7、10、9、1 脚接高电平，9脚为异步置数控制端，地电平有效，接高电平。2脚接脉冲信号，同555定时器的OUT脚向接。图3 74LS161计数器电路（二）74LS138译码电路用两片3线-8线译码器74LS138组成4线-16线译码器，将输入的4位二进制代码译成16个独立的低电平信号。如下图。取第（1）片74LS138的和作为它的第四个地址输入端（在同一个时间令），取第（2）片的作为它的第四个地址输入端（在同一个时间令），取两片的、，并将第（1）片的和接至，将第（2）片的接至，如下图所示，于是得到两片74LS138的输出分别为式（）表明时第（1）片74LS138工作而第（2）片74LS138禁止，将的00000111这8个代码译成8个低电平信号。而式（）表明时，第（2）片74LS138工作，第（1）片74LS138禁止，将的10001111这8个代码译成8个低电平信号。五、整体电路图图五 电路总体图六、所用元器件及器材1、芯片：NE555 一块；74LS161一块；74LS138两块；2、电阻22024个；1K2个；3、电容：4.7F,1个；0.01F1个；4、LED：红色，8个；绿色，8个；黄色，8个。5、面包板：SYB-120，一块。七、芯片功能7.1、NE555 NE555 (Timer IC)大约在1971由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电，尽管近CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前可直接的代用。NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉波讯号。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556 /7556。555定时器的电源电压范围宽,可在4. 5V16V工作, 7555可在318V工作，输出驱动电流约为200mA ,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低性能可靠只需要外接几个电阻、电容就可以实现多谐振荡器、稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。7.2、74LS1387.2.1、译码器简介74LS138 3-8线译码器，译码器也称解码器，译码过程实际上是一种翻译过程,即编码的逆过程。译码器的输入是n位二值代码，输出是m个表征代码原意的状态信号（或另一种代码）。一般情况下有m小于等于2的n次方，即译码器输入线比输出线要少。译码器按其功能可分为三大类：1）变量译码器：将输入的二进制代码还原为原始输入信号。例如有两位二进制代码（0 ，1），可经译码器还原为四个信号状态（0，0）（0，1）（10) (11)2）代码变换译码器：用于将一个数据的不同代码之间的相互转换。例如二十进制译码器可将8421码转换为十个状态。3）显示译码器：将数字、文字或符号的代码还原成相应的数字、文字、符号并显示出来的电路。7.2.2 74LS138 的应用74LS138的管脚图、如图六。图六74LS138管脚图74LS138的功能表，如图七。图七 74LS138功能表用两片74LS138接成的4线16线译码器、如图八。74LS138的扩展图八 74LS138的扩展7.3 74LS1617.3.1 74LS161简介74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。7.3.2 74LS161的应用74LS161管脚示意图，图九。图九74LS161管脚图八、结论与心得在本次课程设计中，板子的焊接是我完成的，开始的时候以为这是一个很轻松的事情，可是等到开始焊接的时候，才发现我想多了。从板子排版，到如何走线，都要经过深思熟虑，步步小心，不能出现短路、虚焊。最后经过千辛万苦的努力终于圆满的完成了，使得自己非常有成就感，感觉时间花的值。 通过这次课程设计让我体会到：设计中出现的问题越多其实学到得就越多。因为出现了问题，所以我们要想办法解决问题；因为有了解决问题的办法，所以在解决问题中就学到了更多。同时也让我体会到理论知识和实践也有很大的差距。理论知识学好了并不意味着实际操作就会做了，仿真出来了并不意味着就能调试出来，中间出现的问题是无法预料的。发现问题，解决问题是我这次课程设计学到最多的地方。九、参考文献1康华光电子技术基础数字部分（第五版） 高等教育出版社2王廷才电子线路辅助设计Protel99SE 高等教育出版社3 陈汝全电子技术常用器件应用手册 机械工业出版社4谢自美电子线路设计安装调试 华东科技大学出版5包兴、胡明电子器件导论 北京理工大学出版社6阎石数字电子技术基础 高等教育出版社教师评语及设计成绩教师评语：课程设计成绩： 指导教师： （签名） 日期： 年 月 日