數(shù)字電路彩燈課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言2</b></p><p><b>　　彩燈控制器3</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　一.設(shè)計任務(wù)4</

2、b></p><p><b>　　二.設(shè)計要求4</b></p><p><b>　　三.設(shè)計方案4</b></p><p>　　3.1 總體方案的框圖設(shè)計4</p><p>　　3.2 彩燈控制器具體電路5</p><p>　　3.3 555組成的振蕩電路5

3、</p><p>　　3.4 74LS160電路8</p><p>　　3.5 74LS138譯碼器電路11</p><p>　　3.6 74LS00、74LS10、74LS20的介紹14</p><p><b>　　四.仿真測試14</b></p><p>　　4.1 仿真軟件介紹14

4、</p><p>　　4.2 仿真圖片展示15</p><p>　　4.2.1 整體效果圖15</p><p>　　4.2.2 555定時器波形圖17</p><p>　　4.2.3 計數(shù)器波形圖17</p><p>　　4.2.4 彩燈波形圖18</p><p>　　五.實物圖片展

5、示18</p><p><b>　　六.小結(jié)19</b></p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　附錄21</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　伴隨著

6、人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式各樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同的場合、不同時段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率動態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多、電路復(fù)雜、功率損耗大、價格昂貴

7、等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進行改進。</p><p>　　利用控制器電路可是彩燈按一定的規(guī)律不斷的改變狀態(tài)，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且省電節(jié)能（與全部彩燈始終全亮相比較）。此外，人們對于物質(zhì)生活的要求也在逐漸的提高，不僅僅是對各種各樣的生活電器的需要，也開始在環(huán)境的優(yōu)雅方面有了更高的要求，比如日光燈已經(jīng)不能滿足人們的需要了

8、，彩燈的運用已經(jīng)遍布于人們生活的各個方面，例如卡拉OK包房，節(jié)日的裝扮，家中的點綴。這些不禁說明了我們對生活的要求有了質(zhì)的飛躍，也說明科技在現(xiàn)實運用中有了較大的發(fā)展。在這一設(shè)計中我們將涉及彩燈控制器的設(shè)計，從原理上使我們對這一設(shè)計有所了解，將其與我們的生活聯(lián)系起來。</p><p><b>　　彩燈控制器</b></p><p><b>　　摘 要</

9、b></p><p>　　[摘要] 循環(huán)彩燈的電路很多，循環(huán)方式更是五花八門，而且有專門的可編程彩燈集成電路。絕大多數(shù)的彩燈控制電路都是用數(shù)字電路來實現(xiàn)的，例如，用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)的彩燈控制電路主要用計數(shù)器，譯碼器，分配器和移位寄存器等集成。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]：計數(shù)器，譯碼器, 555</p><p><b>　　Abstr

10、act</b></p><p>　　Circulate the electric circuit of the colourful light a lot of, circulate the way is more multifarious,&

11、#160;and has specialized programmable colourful light integrated circuit.The colourful light control electric circuits of the great majority

12、 all carry out with the numerical electric circuit of, for example, the colourful light control electric circuit that uses

13、60;a medium scale integrated circuit realization mainly uses to count a machine, translating the code machine, assigning a machine

14、 and moving</p><p>　　Keywords：count a machine, translating the code machine,555</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　在文藝及休閑娛樂場所，各種圖案的彩燈，

15、若明若暗，相互映照，不僅增加了歡快的氣氛，且給人以美的享受。彩燈控制器就是將構(gòu)成一定圖案的彩燈按照人們的要求依照一定的規(guī)律周期性的亮暗變化，利用人的視覺特性，形成多姿多彩的光學(xué)效果。彩燈控制器的原理框圖如圖1所示。脈沖信號源產(chǎn)生一定頻率的矩形波電壓信號，驅(qū)動七進制計數(shù)器的工作，最后通過組合邏輯電路把七進制計數(shù)器的輸出信號變換為驅(qū)動彩燈按一定的規(guī)律周期性或點亮或熄滅或閃爍的信號。</p><p><b>

16、　　二．設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計一個彩燈控制器，要求如下：</p><p>　?。?）由3只彩燈（發(fā)光二極管）組成圖案。</p><p>　?。?）控制紅、綠、黃一組彩燈循環(huán)閃亮，變化的規(guī)律是：紅 → 紅綠 → 綠 → 黃綠 → 黃 → 全亮 → 全滅 → 紅。</p><p>　?。?）可以調(diào)整閃亮速度的快慢。

17、</p><p><b>　　三．設(shè)計方案</b></p><p>　　3.1 總體方案的框圖設(shè)計</p><p><b>　?。ú薀艨刂破骺驁D）</b></p><p>　　3.2 彩燈控制器具體電路圖 </p><p>　　3.3 555組成的振蕩電路</p>

18、;<p>　　3.3.1 555的結(jié)構(gòu)及其功能</p><p>　　555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3-18V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL

19、、CMOS 或者模擬電路電平兼容。利用它可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生，整形電路和定時、延時電路。具有功能強，使用靈活、方便等優(yōu)點，在數(shù)字設(shè)備，控制電路，家用電器，電子玩具等許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　?。?55內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖） （555引腳圖）</p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中，為了使各部分在時間上協(xié)調(diào)動作，需要有一個統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)。用來產(chǎn)生時間基準(zhǔn)

20、信號的電路稱為時基電路。555集成定時器就是其中的一種。它是一種由模擬電路與數(shù)字電路組合而成的多功能的中規(guī)模集成組件，只要配少量的外部器件，便可很方便的組成觸發(fā)器、振蕩器等多種功能電路。因此其獲得迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用?！　?55集成定時器的工作原理如下：如圖所示為其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖。整個電路包括分壓器，比較器，基本RS觸發(fā)器和放電開關(guān)四個部分?！　。?）分壓器 由三個5kΩ的電阻串聯(lián)組成分壓器，其上端接電源VCC（8端），下端接地（1端

21、），為兩個比較器A1、A2提供基準(zhǔn)電平。使比較器A1的“+”端接基準(zhǔn)電平2VCC/3（5端），比較器A2的“-”端接VCC/3。如果在控制端（5端）外加控制電壓?？梢愿淖儍蓚€比較器的基準(zhǔn)電平。不用外加控制電壓時，可用0.01μF的電容使5端交流接地，以旁路高頻干擾?！　。?）比較器A1、A7是兩個比較器。其“+”端是同相輸人端，“-”端是反相輸入端。由于比較器的靈敏度很高，當(dāng)同相輸入端電平略大于反相端時，其輸出端為高電平；反之，當(dāng)同相

22、輸入端電平略小于反相輸人端電平時，</p><p>　　3.3.2 555定時器組成的多諧振蕩器</p><p>　　（555多諧振蕩器）</p><p>　　由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使電壓uc

23、按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān) 。充電時間常數(shù)T充=（R1＋R2）C。不難理解，接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/3～2/3）Vcc 之間變化。</p>

24、<p>　　由分析可知，電容上的電壓Vc將在VT+與VT-之間往復(fù)振蕩，VC和Vo的波形如圖所示。</p><p>　　（電路的電壓波形圖） </p><p>　　由圖中Vc的波形求得電容C的充電時間T1和放電時間T2各為</p><p>　　T1=（R1+R2）Cln(Vcc-Vt-/Vcc-Vt+)</p><p>　　=(R

25、1+R2)Cln2</p><p>　　T2=R2Cln(0-Vt+/0-Vt-)</p><p><b>　　=R2Cln2</b></p><p>　　故電路的振蕩周期為：</p><p><b>　　T=T1+T2</b></p><p>　　通過改變R和C的參數(shù)即可改

26、變振蕩頻率</p><p><b>　　振蕩頻率為：</b></p><p><b>　　F=1/T</b></p><p>　　電路輸出波形的占空比為：q(%)=(R1/(R1+R2))*100% </p><p>　　555振蕩電路是為了產(chǎn)生脈沖信號，通過振蕩電路中的電阻進行調(diào)節(jié)使得后面發(fā)光二

27、極管時間發(fā)生改變，從而改變頻率。</p><p>　　3.4 74LS160電路</p><p>　　3.4.1 結(jié)構(gòu)及其功能</p><p>　　74LS160，是一個4位二進制的計數(shù)器，它具有異步清除端與同步清除端，不同的是，它不受時鐘脈沖控制，只要來有效電平，就立即清零，無需再等下一個計數(shù)脈沖的有效沿到來。</p><p><b

28、>　　具體功能如下：</b></p><p><b>　　1.異步清零功能</b></p><p>　　只要（CR的非）有效電平到來，無論有無CP脈沖，輸出為“0”。在圖形符號中，C成為R的非的信號為CT=0，若接成7進制計數(shù)器，這里要特別注意，控制清零端額信號不是N-1（6），而是N（7）狀態(tài)。其實，很容易解釋，由于異步清零端信號一旦出現(xiàn)就立即生效

29、，如剛出現(xiàn)0111，就立即送到（CR的非）端，使?fàn)顟B(tài)變?yōu)?000.所以，清零信號是非常短暫的，僅是過渡狀態(tài)，不能成為計數(shù)的一個狀態(tài)。清零端是低電平有效。</p><p><b>　　2.同步置數(shù)功能</b></p><p>　　當(dāng)（LD的非）為有效電平時，計數(shù)功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0~D3的數(shù)據(jù)被置入計數(shù)器并呈現(xiàn)在Q0~Q3端。若接成七進制計數(shù)器，控制數(shù)

30、端的信號是N（7）狀態(tài)，如在D0~D3置入0000，則在Q0~Q3端呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)就是0110。</p><p><b>　　引腳圖：</b></p><p>　　74LS160的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　74LS160的真值表：</p><p>　　3.5 74LS138譯碼器電路</p><

31、p>　　3.5.1 結(jié)構(gòu)及其功能</p><p><b>　　譯碼器</b></p><p>　　譯碼器是組合邏輯電路的一個重要器件，其可以分為：變量譯碼器和顯示譯碼兩類。</p><p>　　變量譯碼一般是一種較少輸入變?yōu)檩^多輸出的器件，一般分為2n譯碼器和8421BCD譯碼器兩類。</p><p>　　顯示譯碼

32、主要解決二進制數(shù)顯示成對應(yīng)的十、或十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換功能，一般其可以分為驅(qū)動LED和驅(qū)動LCD兩類。</p><p>　　三線八線譯碼器（74LS138）</p><p>　　三線八線譯碼器74LS138是中規(guī)模集成電路的組合邏輯部件。</p><p>　　概念：譯碼器是一種多輸出組合邏輯部件，它能將n個輸入端變換成2^n個輸出函數(shù)，并且每個輸出函數(shù)對應(yīng)于n個輸入變量

33、的一個最小項。當(dāng)輸出函數(shù)的個數(shù)m=2^n時，該譯碼器稱為完全譯碼器，又叫做“二進制譯碼器”，當(dāng)m<2^n時，該譯碼器稱為不完全譯碼器。</p><p>　　二進制譯碼器具有n個輸入端，2^n個輸出端和一個（或多個）使能端。</p><p>　　A0~A2：地址輸入端</p><p>　　STA（E1）：選通端</p><p>　　/ST

34、B（/E2）、/STC（/E3）：選通端（低電平有效）</p><p>　　/Y0~/Y7：輸出端（低電平有效）</p><p><b>　　VCC：電源正</b></p><p><b>　　GND：地</b></p><p>　　A0~A2對應(yīng)Y0——Y7；A0,A1,A2以二進制形式輸入，然后

35、轉(zhuǎn)換成十進制，對應(yīng)相應(yīng)Y的序號輸出低電平，其他均為高電平；</p><p>　　74LS138功能：</p><p>　　三線八線譯碼器74LS138是</p><p>　　完全譯碼器，它有三個輸入端八個輸出端和三個使能端。它的輸出是低電平有效，即在使能端時，所有輸出信號中只有一個為0的有效信號，對應(yīng)為一個最小項mi和反mi，其余皆為1的無效信號。</p>

36、;<p>　　74LS138譯碼器真值表：</p><p>　　3.5.2 74LS138譯碼器電路</p><p>　?。?4LS138譯碼電路）</p><p>　　74LS138譯碼器內(nèi)部電路：</p><p>　　無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74LS138的八個輸出管腳，任何時刻要么全為高電平1，芯片處于不工作

37、狀態(tài)，要么只有一個為低電平0，其余7個輸出管腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個管腳在同一時間為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。</p><p>　　當(dāng)附加控制門的輸出為高電平（S=1）時，可由邏輯圖寫出：</p><p>　　由上式可以看出，Yo非~ Y7非同時又是A2、A1、A0這三個變量的全部最小項的譯碼輸出，所以也把這種譯碼器叫做最小項譯碼器。</p><p>　　7

38、4LS138有三個附加的S1、S2非和S3非。當(dāng)S1=1、S2+S3=0時。G8輸出為高電平，譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平。</p><p>　　74LS138譯碼器通過對74LS160計數(shù)器產(chǎn)生循環(huán)狀態(tài)進行譯碼高低電平，使得發(fā)光二極管發(fā)光循環(huán)。</p><p>　　3.6 74LS00、74LS10、74LS20的介紹</p><

39、;p>　　74LS00二輸入端四與非門 邏輯表達式  </p><p>　　74LS10三輸入端三與非門 邏輯表達式</p><p>　　74LS20四輸入端二與非門 邏輯表達式 </p><p>　　將計數(shù)器輸出的二進制代碼輸入譯碼器中，得到輸出結(jié)果：</p><p>　　Y紅=m1

40、+m2+m6</p><p>　　Y綠=m5+m6+m4</p><p>　　Y黃=m6+m4+m2+m3</p><p>　　因此可根據(jù)以上得出，當(dāng)給譯碼器連續(xù)輸入二進制代碼時，對應(yīng)的紅亮暗情況：</p><p><b>　　四.仿真測試</b></p><p><b>　　4.1仿真

41、軟件介紹</b></p><p>　　ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件； 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持

42、文件形式的信號輸入； 豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等； 生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對地電壓大小，結(jié)合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動； 高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項指標(biāo)，

43、包括工作點、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析。</p><p><b>　　4.2仿真圖片展示</b></p><p>　　4.2.1整體效果圖</p><p>　　4.2.2 555定時器波形圖</p><p>　　4.2.3 計數(shù)器波形圖</p>&l

44、t;p>　　4.2.4 彩燈波形圖</p><p>　　五. 實物圖片展示</p><p><b>　　六.小結(jié)</b></p><p>　　這個方案總共使用了74LS160，74LS138，74LS00，74LS20，555定時器各一個，74LS10兩個。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但

45、實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。</p><p>　　做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。</p><p>　　我想說，設(shè)計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中

46、，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設(shè)計也是一個團隊的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學(xué)里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了;我想說，確實很累，但當(dāng)我們看到自己所做的成果時，心中也不免產(chǎn)生興奮; 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會作出我們應(yīng)該做的一切，這有什么不好?我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認(rèn)為設(shè)計的

47、工作有些枯燥，但我們認(rèn)為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢?于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。</p><p>　　同時我認(rèn)為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致整項工作的失敗。實習(xí)中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個

48、工作失敗。團結(jié)協(xié)作是我們實習(xí)成功的一項非常重要的保證。而這次實習(xí)也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。</p><p>　　對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實習(xí)必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶!</p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合

49、起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。</p><p>　　這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)

50、和指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝!</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)》康華光 主編 高等教育出版社</p><p>　　《電子電路 》（基礎(chǔ)實驗與實踐） 顧江 魯宏 主編 東南大學(xué)出版社</p><p>　　《數(shù)字電路邏輯設(shè)計》（脈沖與數(shù)字電路第三版）王毓銀 主編 高等教育出版