四路彩灯控制器课程设计循环点亮.doc

课程设计任务书
2009—2010学年第二学期
专业： 楼宇智能化工程技术 学号： ******** 姓名： ****
课程设计名称： 电子技术课程设计
设计题目： 四路装饰彩灯控制器电路设计
完成期限：自 2011年 6 月 1 日至 2011年 6 月 14 日共 2 周
设计依据、要求及主要内容：
一、课题意义
本课题利用电子技术知识设计出彩灯装饰控制器，该控制器具有4路输出，该输出不是简单的4路彩灯依次循环点亮，而是产生多种花样，它能使4路彩灯以“依次点亮 递增点亮 闪亮 ……”等多种花样闪烁，可用于家庭和商铺的节日装饰。通过本课题练习，学生对综合知识应用能力、设计能力将有较大提高，对今后从事电子产品的研制、生产、经营维修等打下基础。
二、课题实现方法
本课题利用电子技术设计节日装饰彩灯电路，可以先查阅相关资料（网上查找或参考相关书籍手册），明确课题的方向和目的，然后学习完成课题所需的理论知识，了解电路的工作原理；在理解的基础上确定设计方案，设计出完整的电路，提交课程设计说明书一份。
三、设计内容
1．用555时基电路与外围电阻、电容等元件设计出振荡频率可调的超低频振荡器；十进制计数器/脉冲分配器输出电平控制晶闸管的开合，实现4路彩色灯串循环实现花样闪烁，给人们带来视觉上的动感效果。
2．设计要求画出电路原理图；标注元器件及参数选择；
3．设计过程中，能发现问题和并解决问题。
4．编写设计报告，写出设计过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
四、设计要求
1、设计电源电路和超低频脉冲振荡电路；
2、合理连接十进制计数器使之控制后续彩灯电路的工作，一个周期后能够自动复位，实现循环；
3、设计晶闸管、彩灯连接方式电路。
五、参考文献
[1] 贾秀美.数字电路实践技术（第一版）.中国科学技术出版社，2000.
[2] 王毓银.脉冲与数字电路（第三版）.高等教育出版社，1999.
[3] 路勇.电子电路实践及仿真（第一版）.清华大学出版社，2004.
[4] 岳怡.数字电路与数字电子技术（第一版）.西北工业大学出版社，2001.
[5] 刘常澍.数字逻辑电路（第一版）.国防工业出版社，2002.
[6] 萧宝瑾.protel 99 SE操作指导与电路设计实例（第一版）.太原理工大学，2004.
[7] 赵学良，张国华.电源电路[M].北京:电子工业出版社,1995.
[8] 张义申，陆坤等.电子设计技术[M].西安:电子科技大学出版.1996.
[9] 陈有卿，叶桂娟. 555时基电路原理、设计与应用[M].北京：电子工业出版社.2007.
[10] 余孟尝.数字电子简明教程（第三版）[M].高等教育出版社,2006

指导教师（签字）： 教研室主任（签字）：
批准日期： 年 月 日

课程设计说明书 第I页

四路装饰彩灯控制器电路设计
摘 要
由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。由于程序循环一次要12秒，故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频率控制CLR’。可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。
关键词： 计数器，数据选择器，移位寄存器，彩灯显示电路

目 录
1 绪论 1
2 电路分析 1
2.1 设计思路 1
2.2 总体方框图 2
2.3 总电路图 3
3 单元电路设计 4
3.1多谐振荡器 4
3.2循环控制电路 4
3.3花样彩灯输出电路 5
3.4总电路 6
4 使用芯片介绍 7
4.1 555定时器 7
4.2 JK触发器 7
4.3 74LS20与非门 8
4.4 74LS04非门 8
4.5 74LS08与门 8
4.6 74LS161计数器 9
4.7 74LS194移位寄存器 9
总结 10
参考文献 11

课程设计说明书 第 10 页

1 绪论
设计四路彩灯控制器目的在于进一步熟悉逻辑电路、脉冲发生电路的的设计方法及熟悉相关数字芯片的功能和使用方法。本设计通过555定时器、74LS161计数器、74LS194移位计数器等实现一个装饰四路彩灯控制器，通过这个控制器可以实现灯的不同花色。通过这个设计可以让我们加深对电子电路的理解，方便以后课时的学习。
2 电路分析
2.1 设计思路
根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。
2.2 总体方框图

图1 总体方框图
本电路主要有四部分组成，分别是555定时器组成的脉冲输出电路，由脉冲输出电路所控制的序列信号产生部分，作为移位寄存器的输入数据，由灯信号所控制的信号控制器，用来控制移位寄存器的左移和右移；移位寄存器部分，实现灯的左移和右移[1]。
由555定时器所产生的脉冲信号，被用作移位寄存器和计数器74LS151的触发信号，计数器74LS161的输出端Q0和Q1作为数据选择器的选择信号，因此有在数据选择器的数据输入端接入的信号就被送到移位寄存器中，作为移位寄存器的输入信号，移位寄存器74LS194在脉冲信号的作用下将信号吸收进来，实现数据的传递，即可实现灯的追逐现象[2]。
三个移位寄存器的状态是由计数器74LS161和一个138译码器控制，而三排灯的状态又决定了计数器的触发，161被设计为一个五位计数器，这是因为三个移位寄存器的状态有五个，161的输出控制138译码器，即可产生八个信号，再有真值表，可得出移位寄存器工作状态的控制信号的最贱逻辑函数表达式，将译码器的响应信号取出，经门电路即可成为移位寄存器的控制信号，控制器处于置数，左移或右移的状态。移位寄存器的输出连接九个发光二极管，即可将输入的信号表示出来，视觉上形成追逐图案[3]。
2.3 总电路图

图2 总电路图
3 单元电路设计
3.1多谐振荡器
应用由555定时器的多谐振荡器设计时通过调节R1，R2和C1的大小调节振荡频率以达到1HZ的秒钟连续脉冲由555构成的多谐振荡器电路如下图所示：

图3 由555定时器构成的多谐振荡器
根据555定时器的功能表可知到由555定时器构成的多谐振荡器，接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时发电BJTT导通，此时V0为低电压，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，V0翻转为高电平。当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容C充电。而当Vc上升到2/3Vcc时，触发器又周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波[4]。
3.2.循环控制电路

图4 12进制循环控制电路
如果模N计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，那么N是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CR’，将计数器清零。此处工作状态从0000~1011，检测1100（异步清零）[5]。
3.3.彩灯花样输出电路

图5 彩灯花样输出电路
4 使用芯片介绍
4.1 555定时器

图6 555定时器引脚图
4.2 JK触发器
JK触发器为下降沿敏感的触发器，J=K=1时，JK触发器每输入一个脉冲状态改变一次，因此Q的输出是周期性的时钟脉冲。而当Y3和Y4有一个有效时，此时为全部左移或右移状态，将脉冲信号选入电路中，由此实现时钟脉冲的分频和选择[6]。

图7 JK触发器的引脚图

4.3 74LS20与非门

图8 74LS20与非门引脚图
74LS20包含两个四输入与非门，其中A1,B1,C1,D1和A2,B2,C2,D2分别为两个与非门的输入端，Y1和Y2为两个与非门的输出端[7]。
4.4 74LS04非门

图9 74LS04非门引脚图
4.5 74LS08与门

图9 74LS08与门
4.6 74LS161计数器

图10 74LS161计数器引脚图
4.7 74LS194移位寄存器

图11 74LS194移位寄存器引脚图
其中D0,D1,D2,D3为并行输出端；SR为右移串行输入端，SL为左移串行输入端；S1,S0为操作模式控制端；CP为时钟脉冲输入端[8]。
总 结
本次设计的四路装饰彩灯控制电路与市面上大多数的LED彩灯相比，该种彩灯具有更好的灯光装饰效果，性价比更高，与普通的全硬件 LED彩灯相比具有更好的经济效益。应用各芯片输出的控制信号去控制灯管内的 LED板模块工作 ,使得产品性能稳定 ,便于安装容易操作。是一种很有发展前途的彩灯控制器。
通过本次设计，我学会了综合运用各种知识，使得我理论学习得到应用，对我深刻掌握理论知识是很有帮助的。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的工作作风，为以后的学习提供方便。

参考文献
[1] 贾秀美.数字电路实践技术（第一版）[M].中国科学技术出版社，2000.
[2] 王毓银.脉冲与数字电路（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1999.
[3] 路勇.电子电路实践及仿真（第一版）[M].北京：清华大学出版社，2004.
[4] 岳怡.数字电路与数字电子技术（第一版）[M].西安：西北工业大学出版社，2001.
[5] 刘常澍.数字逻辑电路（第一版）[M].北京：国防工业出版社，2002
[6] 萧宝瑾.protel 99 SE操作指导与电路设计实例（第一版）[M].太原：太原理工大学，2004.
[7] 赵学良，张国华.电源电路[M].北京:电子工业出版社,1995.
[8] 余孟尝.数字电子简明教程（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2006