循环彩灯控制器.doc

课
程
设
计
说
明
书

班 级：电子信息0901
学 号：0501090108
学生姓名：张亚军
指导教师：曹建生
日 期：2011.1.04

课 程 设 计 任 务 书

一． 设计题目 : 循环彩灯控制器电路
二． 主要内容及要求
(1)共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求按一定顺序和时间关系运行。
(2)动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。
(3)对各组灯的控制，要求有驱动电路。
(4)对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮每一组，利用视觉暂停，达到跑动的效果。
三．进度安排
1、老师给出选题内容，课程设计的相关要求，指导时间及任务完成期限。
2、根据课程设计内容及要求构造整个设计思路，复习数字电路中触发器、译码器、计数器、译码显示器等部分内容。
3、分析彩灯控制器的组成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引脚排列及功能。进行电路的设计及仿真模拟。
4、根据电路的原理写出设计方案。
5、设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。

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循环彩灯控制器

一，设计任务与要求
(1)共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求按一定顺序和时间关系运行。
(2)动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。
(3)对各组灯的控制，要求有驱动电路。
(4)对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮每一组，利用视觉暂停，达到跑动的效果。
二，方案设计与论证
1、 总设计思路
根据任务要求可以大致的画出框架图：
3个一组红、黄，绿灯依次0.5s跑动
循环电路
9个一组红、黄，绿灯各持续亮5s跑动

根据此框架图设了两种实现方案
该任务要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。根据此要求电路总体上可以分为三部分：一部分电路为控制0.5s的跑动。一部分电路为控制5s的跑动。一部分电路为实现这两种跑动的循环。因此可以选用两个555多谐振荡器（一个周期为0.5秒，一个为5秒）用来控制跑动的速度，再选两个4017芯片，因为4017芯片在正常工作下，连续送入时钟脉冲时，其十个输出端会依次输出高电平。这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动，用一个4017芯片来点亮5s的跑动。选用一个JK触发器和模拟开关4066芯片来实现循环功能，即用JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭。

三，单元电路设计与参数计算

在整个电路中，其主要的组成部分有：
555定时器和4017芯片组成的 3个一组0.5s依次跑动：
(由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是0.5s)
555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s的：
(由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是5s)
4066和74LS76组成的一个循环电路：
（本来是要用hc4060+CD4013（D触发器，用它做2分频电路）+32768Hz的晶振组成秒定时，产生秒脉冲来做循环电路的，不过由于其中的芯片没接触过也比较复杂，所以就没用此方案，改为用4066和7476组成的循环电路。）

设计过程中各个单元的详细原理、电路图和仿真状态如下：
1， 第一部分电路：实现3个一组红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次跑动一次的电路，电路如下图：

此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端口，而每3个一组的灯都接一个4017的输出端口，这样可控制任务中的9组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03，04，05，06，07，08，09）依次为高电平，这样就控制指灯不断的跑动！
2， 第二部分电路：用来实现全部9个一组红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。
电路如下图：

此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端，而每9个亿组的灯都接一个4017的输出端（共接三个），这样可控制任务中的3组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03）依次为高电平，这样就控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环！
3， 第三部分电路：用来实现两种的跑动不断循环。电路如下图：

此部分电路主要是用一个4066BP芯片和一个74LS76N芯片来现实。4066BP芯片为模拟开关芯片，它集成了四个模拟开关（在此用到两个），每个模拟开关有2个端子，一个为控制端，主要接高电平或低电平，其佘两个端子为输入输出端。当控制接高电平时，开关接通，控制端接低电平时开关断开。74LS76N芯片为集成JK触发器。在此电路中触发器的J ，K 和清零端都接高电平。这样每给触发器一个触发边沿其输出端就翻转一次。Q端接4066BP的一个开关的控制端。Q非接4066BP的另一个开关的控制端。这样可以使4066BP用到的两个开关一个接通时而另一个就断开。而触发器的脉冲输入端接第一部分电路中的4017的第十（09）输出端口和第二部分电路中的4017的03输出端口的或门的结果。而4066模拟开关用到的两个开关的输入端接12V直流电源，其一个开关的输出端接第一部分电路中的555多谐振荡器电源端，别一个开关输出端接第二部分电路中的555多谐振荡器的电源端！这样就实现了若第一部分的电路工作时第二部分电路就不工作。而第二部分电路工作时第一部分电路就不工作。即可实现交替循环工作！
总原理图及元器件清单
1．总原理图

2.电路完整工作过程
电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不断的给控制着3组灯（3个一组）的4017芯片送去脉冲，从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。接到高电平的组灯就会发光。这样就实现先红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次0.5s跑动。当最后的绿灯亮完后，即第一部分的单元电路中的4017的第十个输出端（09输出高电平时，这就给74LS76触发器送去一个脉冲，于是触发器的Q端就翻转输出低电平使4066模拟开关的一个开关变为断开，从而使第一部分的电路处于不工作状态。而触发器的Q非端同时了输出一个高电平使4066的另一个开关导通，这时第二部分的电路开始运行。这样就使全部红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。而当绿灯全部亮完后，这时第二部分的4017的第四个输出端（03）输出高电平，也给触发器送去一个脉冲。于Q端和Q非端翻转。这样第二部分的4066的模拟开关断开，控制第二部分的模拟开关断开使第二部分的电路不工作。，而控制着第一部分的4066模拟开关导通，使第一部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。如此实现了3个一组先红灯，后黄灯，再绿灯0.5s依次跑动，让后再9个一组，先红灯，后黄灯，再绿灯持续亮5s.如此循环下去。
3．元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
4017BP
5V
2

U2
4066BP
5V
1
模拟开关
U4A
74S3N

10
或门
U5
74LS76N

1
JK触发器
U7A
7416N

1
反相器
X1-X27

2.5V
27
指示灯

555_virtual timer

2
555多谐振荡器
五．安装与调试
1、按照电路图进行接线，按照单元电路设计中的方法连接好每一块电路，然后把每一块接在一起。对每单元电路进行调试，在对每部分电路进行调试时仿真状态跟设计和预想的一样，没什么大问题。
2、把各单元电路接在一起调试时，3个一组隔0.5s跑动亮的正常，不过9个一组的持续5s的出现错误，就是0.5s和5s的两个功能电路都一起工作，达不到要设计的要求。
3、把0.5s跑动单元电路中的4017芯片的第十个输出端口和持续亮5s的单元电路中的4017芯片的第四个输出端口用一个或门连起来后就能正常工作了。不过，持续亮5s的功能中，亮黄跟绿灯时会有三个红灯也一起亮的(问题解决不了)。不过总体的功能跟效果还是达到要求。
六．结论与心得
通过此次的课程设计，我对电路的设计流程有了一定的了解，对仿真软件也有一定的认识。总的来说，本次的课程设计进行的还算顺利，不过对于结果有点不怎么满意，就是持续亮5S的功能有点不完善，但总的结果还算达到了设计要求。本次所用的芯片大部分都是基础的，不过有个别的不怎么了解，不过通过此次课程设计，我对这些未曾接触过的芯片都有一定的认识，对其功能也有一定的了解。比如4066，4017。这次的课程设计是我更加熟悉芯片的功能跟用法，让我更好的运用逻辑门，使我所学的知识得到巩固，并且这次的设计培养了我的独立思考的能力和操作的能力。
七、参考文献
1.《电子技术基础》，康华光 主编，高等教育出版社；
2梁宗善. 电子技术基础课程设计[M]. 武汉：华中理工大学出版社
3.《数字电路指南》，阮祁忠、蔡声镇编著，福建科学技术出版社
4彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社
5谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）[M].武汉：华中科技大学出版社
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