彩燈控制器課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、設(shè)計題目</b></p><p><b>　　彩燈控制器設(shè)計</b></p><p><b>　　二、設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1.有六只LED彩燈</

2、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—依次滅---全亮—全滅</p><p>　　3.彩燈點(diǎn)亮?xí)r間為0.5S。</p><p><b>　　三、設(shè)計計劃</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計共1周。</p><p>　　第1天：選題，查資料；&l

3、t;/p><p>　　第2天：方案分析比較，確定設(shè)計方案；</p><p>　　第3～4天：電路原理設(shè)計與電路仿真；</p><p>　　第5天：編寫整理設(shè)計說明書。</p><p><b>　　四、設(shè)計要求</b></p><p>　　1. 畫出整體電路圖。</p><p>

4、　　2. 對所設(shè)計的電路全部或部分進(jìn)行仿真，使之達(dá)到設(shè)計任務(wù)要求。</p><p>　　3. 寫出設(shè)計說明書。</p><p>　　指 導(dǎo) 教師：劉桂芬</p><p>　　時 間：2013年6月18日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論

5、</b></p><p>　　1.1 彩燈控制器的意義·····························&

6、#183;········1</p><p>　　1.2 課程設(shè)計的參數(shù)及要求·····················

7、83;···········1</p><p>　　1.3 設(shè)計要求····················

8、;····················1</p><p>　　1.4 設(shè)計方案與論證··········

9、3;·······················1</p><p>　　1.5 系統(tǒng)框圖········

10、································2</p><p><b&

11、gt;　　各單元電路的設(shè)計</b></p><p>　　2.1 時鐘脈沖信號源的設(shè)計··························

12、3;··4</p><p>　　2.2 23進(jìn)制計數(shù)器的實現(xiàn)····························

13、··5</p><p>　　2.3 5線-32線譯碼器····························

14、83;·····6</p><p>　　2.4 控制電路的實現(xiàn)·························&#

15、183;············8</p><p>　　電路的工作原理及仿真</p><p>　　3.1 工作原理·············&

16、#183;·························10</p><p>　　3.2 部分電路仿真·····

17、····························11</p><p>　　課程設(shè)計體會···

18、83;····························12</p><p>　　參考文獻(xiàn)···&#

19、183;····································

20、··13</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(diǎn)亮，熄滅不同順序的燈實現(xiàn)彩燈的變化，按照要求設(shè)計六只LED燈的顯示順序，LED燈的顯示時間為0.5s。</p><p>　　設(shè)計時先觀察分析要求的六只LED燈的顯示順序，然后根據(jù)觀察和分析得到的規(guī)律設(shè)計出整體框架，

21、進(jìn)行總體設(shè)計后劃分子系統(tǒng)，詳細(xì)設(shè)計，然后設(shè)計各個子系統(tǒng)的內(nèi)部電路，之后把各個子系統(tǒng)分別連接在一起，最后進(jìn)行電路的調(diào)試。</p><p>　　本文設(shè)計是以中，小規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)，設(shè)計了一個六只彩燈控制器。根據(jù)設(shè)計要求，所設(shè)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——全滅的順序顯示，最后利用Multimis軟件進(jìn)行仿真與調(diào)試，圓滿的實現(xiàn)了該六只彩燈控制器的功能。</p

22、><p>　　關(guān)鍵詞：彩燈控制器；子系統(tǒng)；調(diào)試；定頻</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 彩燈控制器應(yīng)用的意義</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，在生活中使用彩燈作為一種裝飾越來越流行，彩燈既可以增強(qiáng)人們的視覺效果，又可以增添節(jié)日氣氛，為人們的生活增添了亮

23、麗的色彩?，F(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展逐漸趨向于小型化，快速化，精確化，控制使用簡易方便的方向發(fā)展。在數(shù)字電子技術(shù)廣泛應(yīng)用的階段，人們追求貫徹整個系統(tǒng)的自動化設(shè)計，整個過程通過集成塊完成自動控制，提高了設(shè)計的質(zhì)量和效率，大大降低了故障產(chǎn)生的機(jī)會。</p><p>　　1.2 課程設(shè)計的參數(shù)及要求</p><p>　　1.2.1 設(shè)計參數(shù)</p><p>　　1.六只LED

24、燈，L1,L2,L3，L4，L5，L6</p><p><b>　　1.3 設(shè)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>　　1.4 設(shè)計方案與論證：</p><p>　　方案一：按照課程設(shè)計的要求，需要實現(xiàn)彩燈

25、的23種狀態(tài)，可以用一個23進(jìn)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(yīng)的真值</p><p>　　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(chǎn)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(jìn)制計數(shù)器74160設(shè)計一個40進(jìn)制計數(shù)器，再用個位的0到9輸出

26、狀態(tài)與十位的0到3四種輸出狀態(tài)通過邏輯器件構(gòu)成LED燈的控制電路，實現(xiàn)彩燈的亮滅控制。該方案LED燈的控制電路比較復(fù)雜，邏輯門器件容易出現(xiàn)延遲，競爭冒險風(fēng)險，從而影響對LED燈的控制結(jié)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><b>　　1.5 系統(tǒng)框圖</b></p>

27、;<p>　　圖1.1 整體設(shè)計方案的框圖</p><p>　　由上框圖分析可知需要實現(xiàn)控制彩燈的23 種狀態(tài)，此處可以用一個23 進(jìn)制的計數(shù)器實現(xiàn)循環(huán)控制，用計數(shù)器從0 </p><p>　　到22的23種狀態(tài)對應(yīng)來控制10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(jìn)制數(shù)用5線—32線譯碼器譯成十進(jìn)制數(shù)輸出，可以實現(xiàn)高低電平的控制。

28、再通過畫出這23 種狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和計數(shù)器數(shù)字對應(yīng)的真值表，列出邏輯表達(dá)式，然后用適當(dāng)?shù)呐c非門、或門及非門等器件，按照得到的邏輯表達(dá)式搭建邏輯組合電路，便可實現(xiàn)題目所要求的彩燈控制結(jié)果。</p><p><b>　　各單元電路的設(shè)計</b></p><p>　　2.1 時鐘脈沖信號源的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計中計數(shù)器芯片74LS161的時鐘

29、脈沖信號是由555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生的，其中再加上外接元件R1、R2和電容C。 將R1改用滑動變阻器，就可以根據(jù)需要隨時改變時鐘信號的脈沖寬度，從而調(diào)整脈沖周期來改變計數(shù)的快慢，進(jìn)而調(diào)節(jié)控制彩燈變化的時間間隔。</p><p>　　555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路，它由分壓器、比較器、基本R--S觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個5的等值電阻串聯(lián)而成。分壓器為比較器、提供

30、參考電壓，比較器的參考電壓為2/3Vcc，加在同相輸入端，比較器的參考電壓為1/3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放、組成。高電平觸發(fā)信號加在的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本R--S觸發(fā)器端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本R—S觸發(fā)器端的輸入信號?；綬--S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器的輸出端控制。由555定時器組成的多諧振蕩器如下圖示：

31、</p><p>　　圖2.1 多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘脈沖信號電路</p><p>　　2.2 23進(jìn)制計數(shù)器的實現(xiàn)</p><p>　　23進(jìn)制計數(shù)器是由兩個16進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成，并且將23進(jìn)制計數(shù)器的每個狀態(tài)輸出，令其對應(yīng)LED的每一種狀態(tài)。23 進(jìn)制計數(shù)器：用2 片74LS161（具有異步清零，同步置數(shù)的功能）擴(kuò)展成23進(jìn)制計數(shù)器，采用并行進(jìn)位方式、整體置數(shù)法。因

32、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(jìn)制計數(shù)器，然后在輸出為10110（22）時，用與非門來控制兩計數(shù)器的LDN端預(yù)置數(shù)到零，完成一次完整的循環(huán)計數(shù)。</p><p>　　23進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計電路如下圖示：</p><p>　　圖2.2 采用十六進(jìn)制計數(shù)的23進(jìn)制計數(shù)器</p><p>　　2.3 5線-

33、32線譯碼器</p><p>　　5線-32線譯碼器是由5片74LS138譯碼器實現(xiàn)，它的擴(kuò)展原理同用2片74LS138進(jìn)行4線—16線擴(kuò)展類似。正常的5線-32線譯碼器應(yīng)該需要5片74LS138譯碼器來擴(kuò)展實現(xiàn)，但由于本設(shè)計中要求控制彩燈變化的狀態(tài)只有23種，故只</p><p>　　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

34、片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)，共可控制輸出二十四種狀態(tài)，而題目要求為二十三種，所以能滿足題目的要求。當(dāng)接通時，先通過左邊的芯片控制右邊芯片的使能端來控制其是否工作，然后右邊的芯片再進(jìn)行移位變化控制終端LED彩燈的狀態(tài)，從而實現(xiàn)二十三種狀態(tài)的循環(huán)。</p><p>　　5線-32線譯碼實現(xiàn)電路如下圖示：</p><p>　　圖2

35、.3 5線—32線譯碼電路圖</p><p>　　2.4 控制電路的實現(xiàn)</p><p>　　由23進(jìn)制計數(shù)器輸入一個五位二進(jìn)制數(shù)（00000-10110），輸出彩燈所對應(yīng)的狀態(tài)（1表示燈亮，0表示燈滅），對應(yīng)的真值表如下：</p><p>　　由真值邏輯表可得到各個LED燈的邏輯表達(dá)式如下：</p><p>　　L1=M0+M4+M5+M

36、6+M7+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M21</p><p>　　L2=M0+M1+M2+M3+M4+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M21</p><p>　　L3=M0+M1+M4+M5+M6+M7+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M21</p><p>　　L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M12+M1

37、3+M14+M15+M16+M17+M21</p><p>　　L5=M0+M1+M2+M4+M5+M6+M7+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M21</p><p>　　L6=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M21</p><p>　　第3章 設(shè)計的整體電路工作原理及仿真測試</p&g

38、t;<p>　　3.1工作原理分析：</p><p>　　該設(shè)計方案需要實現(xiàn)控制彩燈的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5種狀態(tài)，然后所有的燈再全部亮1種，偶數(shù)的燈依次滅5種，然后所有的燈全部亮1種，然后所有的燈按照序號從L0到L9依次滅10種狀態(tài)，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(jìn)制的計數(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2

39、2的23種狀態(tài)對應(yīng)來控制10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(jìn)制數(shù)用5線—32線譯碼器譯成十進(jìn)制數(shù)輸出，可以實現(xiàn)高低電平的控制。 再通過畫出這23 種狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和計數(shù)器數(shù)字對應(yīng)的真值表，列出邏輯表達(dá)式，然后用適當(dāng)?shù)呐c非門、或門及非門等器件，按照得到的邏輯表達(dá)式搭建邏輯組合電路，便可實現(xiàn)題目所要求的彩燈控制結(jié)果。</p><p>　　3.2 部分電路仿真</p&

40、gt;<p>　　圖3.1 整體電路圖</p><p><b>　　課程設(shè)計體會</b></p><p>　　通過不斷的上網(wǎng)查找資料或查閱參考書籍找到了設(shè)計的思路，確定了最終的可行方案，而且弄明白了相關(guān)所需芯片的功能以及使用條件。本設(shè)計的彩燈控制器電路由555定時器改裝成多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘脈沖電路部分、74LS161構(gòu)成的23進(jìn)制計數(shù)器電路部分、74LS

41、138譯碼器構(gòu)成的譯碼電路部分和邏輯門組成的輸出控制電路部分等組成，能實現(xiàn)控制6個LED燈先奇數(shù)燈依次滅，然后偶數(shù)燈依次滅，最后所有的燈依次亮，依次滅，全亮，全滅并且能實現(xiàn)自動循環(huán)變化。通過555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器為74LS161提供時鐘脈沖信號構(gòu)成的23進(jìn)制計數(shù)器，計數(shù)器輸出對應(yīng)彩燈變化的23種狀態(tài)，再通過譯碼電路和輸出控制電路就可以實現(xiàn)課題所要求的彩燈工作方式。同時運(yùn)用Multimis軟件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果比較理想，故能實現(xiàn)彩燈

42、電路的控制。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 閆石 主編 《數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社2006.5 </p><p>　　[2] 孫肖子 編著 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社 2006 </p><p>　　[3] 李銀華 編著 《電子線路設(shè)計指導(dǎo)》北京航空大學(xué)出版

43、社 2005 </p><p>　　[4] 姚福安 編著 《電子電路設(shè)計與實踐》山東科學(xué)技術(shù)出版社 2001</p><p>　　[5] 康華光 主編《電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分》.第五版.--北京：高等教育出版社，2006.1: 486-542 </p><p>　　[6] 魯寶春等編著 《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗》沈陽：東北大學(xué)出版社 2011.8</p>&