課程設(shè)計(jì)---移動(dòng)方向可逆的彩燈控制器

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　課程名稱(chēng)：移動(dòng)方向可逆的彩燈控制器</p><p>　　系 部：電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p><b>　　一．內(nèi)容提要:</b></p><p>

2、;　　在街道、商場(chǎng)或公共場(chǎng)所通常裝有各種五彩斑斕的燈飾，美化人們的生活空間。本文介紹了由電子電路設(shè)計(jì)的一個(gè)彩燈控制器，控制紅綠黃三個(gè)燈，按一定規(guī)律依次閃亮，即由電子電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)可正向循環(huán)、逆向循環(huán)效果的彩燈控制器。</p><p>　　詳細(xì)說(shuō)明了彩燈控制器的工作原理以及其各個(gè)組成部分，記錄了我們?cè)谡麄€(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)各部分電路設(shè)計(jì)方案的選擇、元器件的篩選、以及對(duì)它們的調(diào)試、對(duì)調(diào)試結(jié)果的分析等等。</p>

3、<p>　　二．設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求:</p><p>　　用電子電路設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈控制器，控制紅綠黃三個(gè)燈，按一定規(guī)律依次點(diǎn)亮。由電子電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)可正向循環(huán)、逆向循環(huán)效果的彩燈控制器。</p><p>　　（1）．控制紅、綠、黃一組彩燈循環(huán)閃亮，變化的規(guī)律是：先按正向循環(huán)閃亮， 全滅 → 紅 → 紅綠 → 綠 → 黃綠 → 黃 → 全亮 → 全滅。 緊接著按逆向循環(huán)閃亮 → 全

4、亮 → 黃 → 黃綠→ 綠 → 紅綠 → 紅→全滅，如此往復(fù)循環(huán),產(chǎn)生移動(dòng)方向變化的“流水”效果。</p><p>　　（2）．正向循環(huán)閃亮速度慢， 逆向循環(huán)閃亮速度快</p><p>　　（3）．彩燈白天不亮，夜晚自動(dòng)亮。</p><p>　　三．設(shè)計(jì)思路及原理:</p><p><b>　　1.系統(tǒng)概述</b><

5、;/p><p>　　彩燈控制器由六部分組成：脈沖發(fā)生部分，光敏器件檢測(cè)電路，加減控制，可逆計(jì)數(shù)器，循環(huán)結(jié)束判別，以及邏輯電路。</p><p>　　用光敏電阻檢測(cè)電路檢測(cè)周?chē)h(huán)境的光強(qiáng)，用來(lái)區(qū)分白天夜晚，以控制彩燈的亮滅。</p><p>　　由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào)控制彩燈的逆向循環(huán)，同時(shí)經(jīng)由D觸發(fā)器分頻產(chǎn)生的低頻率脈沖控制彩燈正向循環(huán)。</p

6、><p>　　兩脈沖分別送入可逆計(jì)數(shù)器的Down端和Up端，用來(lái)控制計(jì)數(shù)器的加法計(jì)數(shù)和減法計(jì)數(shù)。</p><p>　　每完成一次計(jì)數(shù)循環(huán)通過(guò)循環(huán)結(jié)束判別電路的判斷由加法計(jì)數(shù)改為減法計(jì)數(shù)，或由減法計(jì)數(shù)改為加法計(jì)數(shù)，循環(huán)往復(fù)。</p><p>　　最后，由可逆計(jì)數(shù)器的輸出端通過(guò)邏輯電路控制彩燈的亮滅規(guī)律，以達(dá)到要求產(chǎn)生的效果。</p><p>　　2

7、.單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析</p><p>　?。ㄒ唬┕饷羝骷z測(cè)電路</p><p>　　光敏電阻一端與10千歐的電阻連接，另一端接VCC，電阻另一端接地，光敏電阻與電阻的共同端接555的THR、TRI端， OUT為輸出端。白天光敏電阻的電阻小，OUT端輸出低電平，夜晚光敏電阻的電阻大，OUT端輸出高電平。將OUT端與產(chǎn)生脈沖的多諧振蕩器RES端相連就能起到控制彩燈白天不亮夜晚亮的作用。

8、</p><p><b>　?。ǘ┟}沖發(fā)生電路</b></p><p>　　在555定時(shí)器內(nèi)部，2個(gè)比較器出發(fā)輸入端6（THR）和2（TRI）是接在一個(gè)端點(diǎn)上并跟電容C連接，如果這個(gè)端點(diǎn)上的電容電壓u變動(dòng)，會(huì)同時(shí)導(dǎo)致兩個(gè)比較器的輸出電平改變，使RS觸發(fā)器的輸出改變。</p><p>　　首先，電源Vcc經(jīng)R1和R2給電容C充電，當(dāng)u上升到電源

9、電壓Vcc的三分之二時(shí)，U2=U6=（2/3）Vcc，輸出電壓為低電平，放電管T導(dǎo)通，電容C經(jīng)R2、放電端7（DIS）放電，u開(kāi)始下降，當(dāng)下降到三分之一Vcc時(shí)，U2=U6=（1/3）Vcc，輸出電壓為高電平，同時(shí)放電管T截止，放電端7（DIS）斷開(kāi)，電源Vcc又經(jīng)R1和R2給電容C充電，使u上升。這樣周而復(fù)始，電容電壓u形成了一個(gè)周期性充電放電的波形，輸出電壓就形成周期性的矩形脈沖，此脈沖用來(lái)控制減法計(jì)數(shù)。</p>&l

10、t;p>　　參數(shù)選擇：電阻R1、R2和電容C的參數(shù)選擇是由所需要的脈沖來(lái)決定的，根據(jù)所需要的脈沖的充電時(shí)間和放電時(shí)間解出參數(shù)數(shù)值。</p><p>　　充電時(shí)間T1：T1 =0.7(R1+R2)C=0.7×(10+40)×10=350ms</p><p>　　放電時(shí)間T2：T2 =0.7(R2×C)=0.7×40×10=280ms&l

11、t;/p><p>　　f=1/（T1+T2）≈1.6Hz</p><p>　?。ㄈ〥觸發(fā)器分頻電路</p><p>　　將D觸發(fā)器的D端與非Q相連，則從Q輸出的脈沖頻率為輸入的CP脈沖的一半。多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)D觸發(fā)器分頻后頻率變?yōu)樵瓉?lái)一半，這低頻率脈沖用來(lái)控制加法計(jì)數(shù)。</p><p>　　（四）計(jì)數(shù)器以及加減控制電路</p>

12、<p>　　如圖，高頻率脈沖輸入與Down端相連的與非門(mén)，低頻率脈沖輸入與Up端相連的與非門(mén)，右邊三端分別作為邏輯電路的輸入端A、B、C。</p><p>　　在循環(huán)結(jié)束判別電路中，對(duì)于三輸入與門(mén)，只有當(dāng)輸入為111時(shí)輸出為1，對(duì)于三輸入或非門(mén)，只有當(dāng)輸入為000時(shí)輸出為1。所以計(jì)數(shù)器只有輸出為000或111時(shí)，二輸入或門(mén)的輸出方為1，才能使D觸發(fā)器發(fā)生一次偏轉(zhuǎn)。</p><p&

13、gt;　　當(dāng)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，74192首先進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，此時(shí)圖示D觸發(fā)器輸出Q端為1，非Q端為0，控制Down端的與非門(mén)輸出始終為1，而控制Up端的與非門(mén)輸出由低頻率脈沖決定，進(jìn)而控制計(jì)數(shù)器的加法計(jì)數(shù)。</p><p>　　計(jì)數(shù)從000開(kāi)始逐漸增加，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到111時(shí)，由循環(huán)結(jié)束判別電路產(chǎn)生一個(gè)1信號(hào)輸入D觸發(fā)器的脈沖端，從而使D觸發(fā)器進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。</p><p>　　在進(jìn)行減法計(jì)

14、數(shù)時(shí)，控制Up端的與非門(mén)輸出始終為1，同時(shí)控制Down端的與非門(mén)輸出由高頻率脈沖決定，進(jìn)而控制計(jì)數(shù)器的減法計(jì)數(shù)。</p><p>　　當(dāng)數(shù)值減到000時(shí)，由循環(huán)結(jié)束判別電路產(chǎn)生一個(gè)1信號(hào)控制D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。</p><p>　　在加減的過(guò)程中D觸發(fā)器的CP脈沖始終為0，只有當(dāng)減到000或加到111時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生1信號(hào)是D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，如此循環(huán)往復(fù)。</p><p

15、>　　74LS192的管腳及功能用法</p><p>　　（五）控制燈泡亮滅規(guī)律的邏輯電路</p><p>　　計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)與邏輯信號(hào)的關(guān)系：</p><p>　　根據(jù)真值表，可寫(xiě)出最小項(xiàng)表達(dá)式，如下：</p><p>　　X=∑（1，2，6）</p><p>　　Y=∑（2，3，4，6）</p>

16、<p>　　Z=∑（4，5，6）</p><p>　　3．電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　在電路安裝與調(diào)試的過(guò)程中，遇到的主要問(wèn)題有，芯片的管腳功能無(wú)法確定，閑置管腳的處理方式不確定，如何達(dá)到最優(yōu)的線(xiàn)路連接，線(xiàn)路連接完畢后的故障排除等。</p><p>　　試驗(yàn)箱上共有三塊面包板，我們首先遇到的問(wèn)題就是芯片的布局，好的芯片布局可以大量減少后面接線(xiàn)的

17、工作量，并且容易排查可能出現(xiàn)的故障。我們組將光敏控制電路和脈沖發(fā)生電路放在了面包板上靠近電阻電容區(qū)域的位置，這樣使得接線(xiàn)的長(zhǎng)度減少很多。然后將可逆計(jì)數(shù)器以及邏輯電路放在脈沖發(fā)生電路的后面，因?yàn)檫@兩片電路區(qū)域使用到了兩個(gè)中心芯片74138和74192，而且這兩個(gè)芯片之間的聯(lián)系比較緊密。在這塊面包板下面的面包板上，我們組放置了反饋電路和數(shù)字邏輯電路所需要的部分新片，因?yàn)檫@部分電路所需要的芯片多且雜亂，這部分電路作為輔助電路輔助上面的芯片。而

18、且我們統(tǒng)一規(guī)定面包板的最上面一排接孔為Vcc，最先面一排接孔為接地，這樣統(tǒng)一定義，簡(jiǎn)潔明了。</p><p>　　做完上述工作后開(kāi)始連接線(xiàn)路，我們?cè)谧鐾旯饷羝骷z測(cè)電路和脈沖發(fā)生電路后進(jìn)行了統(tǒng)一的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果正常，檢測(cè)的結(jié)果可如下表示：</p><p>　　然后是D觸發(fā)器分頻電路，輸出正常，輸出波形如圖所示：</p><p>　　在連接74138電路時(shí)我們遇到了困

19、難，因?yàn)闆](méi)有完整的認(rèn)識(shí)整塊芯片，所以在接入芯片后發(fā)現(xiàn)芯片不能輸出信號(hào)，后來(lái)經(jīng)過(guò)查找資料以及詢(xún)問(wèn)同學(xué)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在，問(wèn)題在十四以及十一管腳上，經(jīng)過(guò)調(diào)整后，解決了問(wèn)題，輸出了信號(hào)。</p><p>　　邏輯電路的運(yùn)算沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但是我們?cè)谡蜓h(huán)結(jié)束判別以及逆向循環(huán)結(jié)束判別電路上遇到不少阻力，主要的問(wèn)題有D觸發(fā)器忘記置一，面包板與芯片管腳之間接觸不良，等等，因?yàn)檫@片電路用到的芯片最多，而且管腳之間連線(xiàn)比較凌亂，所以

20、花費(fèi)了比較多的時(shí)間才處理好。</p><p>　　在檢測(cè)故障時(shí)，我們組一般是采用首先進(jìn)行區(qū)域的故障檢測(cè)確定是哪一片區(qū)域出現(xiàn)問(wèn)題，檢測(cè)這一片區(qū)域的供電以及接地，然后進(jìn)行元器件的故障排查，確定元器件都是好的，接著是查看管腳之間的連線(xiàn)是否有誤，然后是接線(xiàn)連接的故障檢測(cè)，最終確定問(wèn)題出在哪里，排查修理。整個(gè)過(guò)程耗時(shí)比較長(zhǎng)，但是出現(xiàn)故障后這樣一步一步檢測(cè)，總能找到問(wèn)題所在。</p><p><

21、b>　　四．心得體會(huì)及建議</b></p><p>　　電子課程設(shè)計(jì)這門(mén)實(shí)踐課程，極大地提高了我的動(dòng)手能力，也讓我體會(huì)到了理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性，理論是需要實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)的。但我們又必須承認(rèn)理論的重要性，理論是前提。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，我了解到實(shí)驗(yàn)前對(duì)基本理論和原理的了解是必不可少的，因?yàn)槿绻聿涣私獾脑?huà)，那線(xiàn)路的連接和調(diào)試將寸步難行。</p><p>　　試

22、驗(yàn)中要用到很多很多的芯片，所以了解芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是非常重要的。芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，接線(xiàn)路時(shí)很容易混淆，這就要求我們對(duì)芯片要有足夠的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也要有足夠的耐心，這對(duì)于培養(yǎng)我們實(shí)事求是、認(rèn)真負(fù)責(zé)的科學(xué)態(tài)度有極大幫助。</p><p>　　與此同時(shí)，我也體會(huì)到了理論與實(shí)踐的差異性很大。空想的理論沒(méi)有實(shí)踐的支持同樣是站不住腳的。理論與實(shí)踐是相輔相成，缺一不可的。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)無(wú)論

23、在仿真還是在調(diào)試都有復(fù)雜的工作要做，這要求我們要細(xì)心，認(rèn)真。由于線(xiàn)路的復(fù)雜，一旦出現(xiàn)一個(gè)小錯(cuò)誤將影響所有的結(jié)果，而且還很難檢查出來(lái)，這就對(duì)我們的實(shí)踐能力提出了一定的挑戰(zhàn)，讓我深刻感受到了把理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)是多么的重要，二者缺其一將不能做出有效的成果來(lái)。</p><p>　　這次實(shí)習(xí)給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書(shū)館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對(duì)我們所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)

24、和鞏固。</p><p>　　由于器件比較小，芯片接口很小，在實(shí)驗(yàn)室就不得不很小心地去連接電路。每做完一段就要停下來(lái)檢查做的對(duì)不對(duì)，這培養(yǎng)著我們科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，因此這次課程設(shè)計(jì)試驗(yàn)意義重大。</p><p>　　在試驗(yàn)的安裝調(diào)試階段要連接大量的線(xiàn)路，工作量很大，也很繁瑣，器件比較小，極其挑戰(zhàn)我們的耐心，這也正是我們具不具備一定的科學(xué)素養(yǎng)的體現(xiàn)。</p><p>

25、　　這次課程設(shè)計(jì)提供了一次難得機(jī)會(huì)鍛煉我們的動(dòng)手能力。通過(guò)試驗(yàn)中不斷遇到瓶頸并不斷克服，我們變得更加認(rèn)真， 更加細(xì)心，讓我們對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)有了更加深刻的認(rèn)識(shí) ，并不斷提高自己各方面的能力讓試驗(yàn)更有效率。</p><p>　　這次的電子課程設(shè)計(jì)不僅對(duì)我們所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了一次檢驗(yàn)，也很大程度上培養(yǎng)了我們想問(wèn)題、做事情嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，更是我們以后為人處事的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　五．

26、附錄</b></p><p><b>　　六．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?、?林紅 《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》 清華大學(xué)出版社 2009年4月</p><p>　?、陧n振振 唐志宏 《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》 大連理工大學(xué)出版社 2000年</p><p>　　③曹漢房 《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》