彩燈控制器課程設計

1、<p>　　課程設計名稱： 電子技術課程設計 </p><p>　　題 目： 彩燈控制器設計 </p><p>　　學 期： 2013-2014學年第2學期</p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班

2、 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p

3、><b>　　一、設計題目</b></p><p><b>　　彩燈控制器設計</b></p><p><b>　　二、設計任務</b></p><p>　　1.有六只LED彩燈</p><p>　　2.控制順序是：全亮---奇數(shù)燈依次滅---偶數(shù)燈依次滅---依次亮—依

4、次滅---全亮—全滅</p><p>　　3.彩燈點亮時間為0.5S。</p><p><b>　　三、設計計劃</b></p><p>　　電子技術課程設計共1周。</p><p>　　第1天：選題，查資料；</p><p>　　第2天：方案分析比較，確定設計方案；</p><

5、;p>　　第3～4天：電路原理設計與電路仿真；</p><p>　　第5天：編寫整理設計說明書。</p><p><b>　　四、設計要求</b></p><p>　　1. 畫出整體電路圖。</p><p>　　2. 對所設計的電路全部或部分進行仿真，使之達到設計任務要求。</p><p>

6、　　3. 寫出設計說明書。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論······················&

7、#183;·······················1</p><p>　　1.1 課程設計參數(shù)·······&

8、#183;·······························1</p><p>　　1.2 設

9、計要求····································&

10、#183;······1</p><p>　　1.3 設計方案與論證························

11、·············1</p><p>　　1.4 設計電路框圖··················

12、·····················1</p><p>　　第二章 各單元電路的設計·········

13、83;·······················2</p><p>　　2.1 NE555 工作原理·······

14、;······························2</p><p>　　2.2 23進制計數(shù)器的實現(xiàn)&

15、#160;·······························4</p><p>　　2.3 5

16、線—32線譯碼器···································5&

17、lt;/p><p>　　2.4控制電路的實現(xiàn)·······························&#

18、183;······6</p><p>　　第三章 電路的工作原理及仿真·······················

19、83;·····7</p><p>　　3.1工作原理分析·························

20、3;··············7</p><p>　　3.2 仿真電路·················

21、··························8</p><p>　　第四章 課程設計體會·····

22、;·······························10</p><p>　　參考文獻

23、3;····································&#

24、183;··········11</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　彩燈控制器就是控制六只LED彩燈，通過點亮，熄滅不同順序的燈實現(xiàn)彩燈的變化，按照要求設計六只LED燈的顯示順序，LED燈的顯示時間為0.5s。</p><

25、p>　　設計時先觀察分析要求的六只LED燈的顯示順序，然后根據觀察和分析得到的規(guī)律設計出整體框架，進行總體設計后劃分子系統(tǒng)，詳細設計，然后涉及各個子系統(tǒng)的內部電路，之后把各個子系統(tǒng)分別連接在一起，最后進行電路的調試。</p><p>　　本文設計是以中、小規(guī)模集成電路為基礎，設計了一個六只彩燈控制器。根據設計要求，所設計的系統(tǒng)要求彩燈以全亮---奇數(shù)燈依次滅---偶數(shù)燈依次滅---依次亮—依次滅---全亮—

26、全滅的順序顯示，最后利用Proteus軟件進行仿真與調試，圓滿的實現(xiàn)了該六只彩燈控制器的功能。</p><p>　　關鍵詞：彩燈控制器；子系統(tǒng)；調試；定頻</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1課程設計參數(shù)</b></p><p>　　六只LED彩燈，L0,L1

27、，L2，L3，L4，L5</p><p><b>　　1.2設計要求</b></p><p>　　六只彩燈按全亮——奇數(shù)燈依次滅——偶數(shù)燈依次滅——依次亮——依次滅——全亮——全滅的順序顯示，顯示間隔0.5s</p><p>　　1.3 設計方案與論證</p><p>　　方案一：按照課程設計的要求，需要實現(xiàn)彩燈的23種

28、狀態(tài)，可以用一個23進制的計數(shù)器來執(zhí)行，從0到22種狀態(tài)來控制這23種狀態(tài)，然后通過譯碼器翻譯成可以實現(xiàn)的高低電平，最后寫出這23種狀態(tài)和計數(shù)器數(shù)字對應的真值表，計算出邏輯式，便可實現(xiàn)所要求的彩燈控制。該方案思路簡單明確，控制產生的現(xiàn)象明顯，穩(wěn)定，易于實現(xiàn)。</p><p>　　方案二：利用兩片十進制計數(shù)器74160設計一個40進制計數(shù)器，再用個位的0到9輸出狀態(tài)與十位的0到3四種輸出狀態(tài)通過邏輯器件構成LED燈

29、的控制電路，實現(xiàn)彩燈的亮滅控制。該方案LED燈的控制電路比較復雜，邏輯門器件容易出現(xiàn)延遲，競爭冒險，從而影響對LED燈的控制結果。</p><p>　　綜上分析比較，最后選定方案一。其易于實現(xiàn)，控制原理簡單，而且整體性能穩(wěn)定，實現(xiàn)的效果好。</p><p>　　1.4 設計電路框圖</p><p>　　圖1-1基本結構框圖</p><p>　

30、　由上框圖分析可知需實現(xiàn)控制彩燈的23種狀態(tài)，此處可用一個23進制的計數(shù)器實現(xiàn)循環(huán)控制，用計數(shù)器從0到22的23種狀態(tài)對應來控制六個LED彩燈顯示的23種狀態(tài)（00000—10110），然后將計數(shù)器輸出的十六進制數(shù)用5線—32線譯碼器譯成十進制輸出，可以實現(xiàn)高低電平的控制。在畫出23種狀態(tài)轉換表和技術其數(shù)字對應的真值表，列出邏輯表達式，然后用適當?shù)呐c非門，或門及非門等器件，按照得到的邏輯表達式搭建邏輯組和電路，便可實現(xiàn)題目所要求的彩燈控

31、制結果。</p><p>　　第二章 各單元電路的設計</p><p>　　2.1 NE555 工作原理 </p><p>　　555定時器由3個阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。虛線邊沿標注的數(shù)字為管腳號。其中，1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；

32、6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復位端，輸入負脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時器直接復位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時器輸出低電平時，放電晶體管TD導通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V—3V，輸出電流可達200mA，因此可直接驅動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電

33、源端，可在5V—18V范圍內使用。 </p><p>　　圖2-1 NE555接線圖</p><p>　　555定時器工作時過程分析如下：  </p><p>　　5腳經0.01uF電容接地，比較器C1和C2的比較電壓為：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。當VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC時，比較器C1輸出

34、低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置0，G3輸出高電平，放電三極管TD導通，定時器輸出低電平。當VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，555定時器輸出狀態(tài)保持不來。  </p><p>　　當VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器兩端都被

35、置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時器輸出高電平。  當VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時器輸出高電平。</p><p>　　NE555極限參數(shù)：</p><p>　　表2-1 NE555極限參數(shù)</p><p>

36、;　　圖 2-2 脈沖信號發(fā)生器原理圖</p><p>　　如圖2-4所示，R1和C1組成一個串聯(lián)RC充放電電路，在NE555的3引腳上輸出一個方波信號。 </p><p>　　當接通電源后，因為電容上的初始電壓為零，所以輸出電壓為高電平，并開始經電阻R1向電容C1充電。當充電到輸入電壓為vⅰ=Vt+時，輸出跳變?yōu)榈碗娖剑娙軨1又經過電阻R1開始放電。 </p&

37、gt;<p>　　當放電至vⅰ=Vt-時輸出電位又跳變?yōu)楦唠娖?，電容C1重新開始充電。由公式 </p><p>　　T1=（R1+R2）Cln2 T2=R2Cln2 T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2</p><p>　　得出當占空比為50%時，T1約為220s，T2約為160s，即周期T為380s。</p><p>　　2

38、.2 23進制計數(shù)器的實現(xiàn) </p><p>　　23進制計數(shù)器是由兩個16進制計數(shù)器構成，并且將23進制計數(shù)器的每個狀態(tài)輸出，令其對應LED的每一種狀態(tài)。23進制計數(shù)器：用兩片74161（具有異步清零，同步置數(shù)的功能）擴展成23進制計數(shù)器，采用并行進位方式，整體置數(shù)法。因為計數(shù)器需要23種狀態(tài)（00000—10110），所以先用兩片74161連接成256（16×16）進制計數(shù)器，然后在輸出為

39、10110（22）時，用與非門來控制兩計數(shù)器的LDN端清零，完成一次完整的循環(huán)計數(shù)。</p><p>　　圖 2-3 23進制計數(shù)器的設計電路</p><p>　　表 2-2 二進制計數(shù)器74161的功能</p><p>　　2.3 5線—32線譯碼器  </p><p>　　5線—32線譯碼器是由5片74LS138譯碼

40、器實現(xiàn)，他的擴展原理同兩片74LS138進行4線—16線擴展類似。正常的5線—32線譯碼器應該需要5片74LS138譯碼器來擴展實現(xiàn)，但由于本設計中要求控制彩燈變化的狀態(tài)只有23種，故只需要用4片74LS138即可實現(xiàn)5線-24線的譯碼功能，左邊的一片74LS138芯片用于控制選擇右邊的三篇74LS138芯片的工作或者鎖定狀態(tài)，右邊的三片74LS138芯片每片都可控制八種輸出狀態(tài)，共控制24種狀態(tài)，滿足題目所要求的23種狀態(tài)。當接通時，

41、先通過左邊的芯片控制右邊的芯片，再進行移位變化控制終端LED彩燈的狀態(tài)，從而實現(xiàn)23種狀態(tài)的循環(huán)。</p><p>　　圖2-4 5線—32線譯碼器電路</p><p>　　2.4 控制電路的實現(xiàn)</p><p>　　由23進制計數(shù)器輸入一個五位二進制數(shù)（00000—10110），輸出彩燈所對應的狀態(tài)（1表示燈亮，0表示燈滅）</p><

42、;p>　　表2-3 功能真值表</p><p>　　由真值表所列各LED燈的邏輯表達式：</p><p>　　L0=M0+M1+M2+M3+M4+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M21</p><p>　　L1=M0+M4+M5+M6+M7+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M21</p><p>　　L2

43、=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M21</p><p>　　L3=M0+M1+M4+M5+M6+M7+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M21</p><p>　　L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M21</p><p>　　L5= M0

44、+M1+M2+M4+M5+M6+M7+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M21</p><p>　　第三章 電路的工作原理及仿真</p><p>　　3.1工作原理分析 </p><p>　　該設計方案需要實現(xiàn)控制彩燈23種狀態(tài)（即開始燈全部亮1種狀態(tài)，奇數(shù)的燈依次滅3種狀態(tài)，然后所有的燈再全部亮1種，偶數(shù)的燈依次滅3種，然后所有的燈全滅1種

45、，所有的燈依次亮6種，所有燈依次滅6種，全滅全亮共2種，總共23種）。先用555定時器做個多諧振蕩器為計數(shù)器提供時鐘脈沖信號，23進制計數(shù)器可實現(xiàn)對彩燈亮滅的循環(huán)控制，用計數(shù)器從0到22的23種狀態(tài)對應來控制6個LED彩燈顯示的23種狀態(tài)（00000—10110），然后將計數(shù)器輸出的十六進制數(shù)用5線—32線譯碼器譯成十進制數(shù)輸出，可以實現(xiàn)高低電平的控制。再通過畫出23種狀態(tài)轉換表和計數(shù)器數(shù)字對應的真值表，列出邏輯表達式，然后用適當?shù)呐c非

46、門，或門及非門等器件，按照得到的邏輯表達式搭建邏輯組和電路，便可實現(xiàn)題目所要求的彩燈控制結果。</p><p><b>　　3.2 仿真電路</b></p><p>　　圖3-1  555定時器仿真電路</p><p>　　圖3-2  555定時器仿真電路波形分析</p><p>

47、　　圖3-3 總電路圖 </p><p>　　第四章 課程設計體會</p><p>　　此次課程設計意義很大，不但讓我懂得了以前沒有理解的東西，而且使我明白學習知識的意義。通過畫圖和仿真不但使我更深的理解了課上學的知識，還提高了獨立思考和動手能力。</p><p>　　經過幾天的努力，我終于完成了電子技術課程設計報告。通過本次彩燈控制器的設計，不但使我更加熟悉了數(shù)字

48、電子課的知識，而且讓我知道了在課本上沒有的東西。通過查找資料圖書，上網搜索，掌握了由555定時器改裝成多諧振蕩器產生時鐘脈沖方法和原理，了解了脈沖信號發(fā)生器工作原理和使用方法。 </p><p>　　通過本次課程設計，使我知道我現(xiàn)在所學到的知識還遠遠不夠，在實際操作中有很多問題還不能解決，所以我要在今后的學習中更加努力，學好本專業(yè)的知識。我相信通過這次課程設計，我一定會在以后的學習中更上一層樓。<

49、/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻石.數(shù)字電子技術基礎[M].第5版.高等教育出版社,2006.</p><p>　　[2] 童詩白,華成英.模擬電子技術基礎[M].第4版.高等教育出版社,2006.</p><p>　　[3] 李銀華.電子線路設計指導[M].北京:航空大學出版社,2