電子技術(shù)課程設(shè)計報告---彩燈控制器

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p>　　報 告 題 目： 彩燈控制器 </p><p>　　作者所在系部： 電子工程系 </p><p>　　作者所在專業(yè)： 通信工程 </p><p>　　作者所在班級：

2、 </p><p>　　作 者 姓 名 ： </p><p>　　作 者 學(xué) 號 ： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： </p><p>　　完 成 時 間 ： 2009年6月26日

3、 </p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)在彩燈已經(jīng)成為社會活動和日常生活必不可少的器件，因此對彩燈控制的研究也顯得尤為重要。而平時我們所看到的各種彩燈圖案大部分由左右移動、暗點移動、逐漸亮再逐漸暗三種狀態(tài)組合而成。</p&

4、gt;<p>　　本課題為彩燈控制器，其最終的仿真效果是產(chǎn)生左右移動、暗點移動、逐漸亮再逐漸暗三種圖案的依次變換，并且在一定時間內(nèi)，每種圖案產(chǎn)生其相應(yīng)的狀態(tài)變換。</p><p>　　關(guān)鍵字 分頻 移位寄存 負脈沖 清零 置數(shù)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一．

5、概述1</b></p><p>　　二．方案設(shè)計與論證1</p><p>　　三．單元電路設(shè)計與分析.....................................................2</p><p>　　1. 彩燈圖案及圖案變換的設(shè)計2</p><p>　　2. 狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的設(shè)計2<

6、/p><p>　　3．初態(tài)產(chǎn)生電路的設(shè)計3</p><p>　　4.初態(tài)置入控制電路的設(shè)計4</p><p>　　5.環(huán)形計數(shù)控制電路和速度變換產(chǎn)生電路的設(shè)計4</p><p>　　6. 時鐘信號產(chǎn)生電路的設(shè)計.................................................5</p><

7、p>　　7. 驅(qū)動電路的設(shè)計.........................................................6</p><p>　　8. 清零電路的設(shè)計......................................... ................6</p><p>　　四．總原理圖及元器件清單..................

8、..................................7</p><p>　　1.總原理圖................................................................7</p><p>　　2.工作原理..............................................................

9、..7</p><p>　　3.元器件清單..............................................................8</p><p>　　五．結(jié)論...................................................................8</p><p>　　六．心得體會

10、...............................................................8</p><p>　　參考文獻...................................................................9</p><p><b>　　一．概述 </b></p>&l

11、t;p>　　分頻器4060產(chǎn)生三種時鐘信號CP2 CP1和CP0，其頻率分別為8Hz 4Hz和0.25Hz。CP0去控制產(chǎn)生置數(shù)脈沖的74LS123和產(chǎn)生初態(tài)74LS161，以使置數(shù)脈沖與初態(tài)同步。74LS161接成三進制計數(shù)器，計數(shù)循環(huán)為1101→1110→1111→1101，經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕M合邏輯變換產(chǎn)生三種圖案的初態(tài)，即1010→1110→1111→1010，并將其送至74LS195的數(shù)據(jù)輸入端，雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153

12、的2Y作為74LS195的時鐘信號控制速度變換，1Y接74LS195的JK實現(xiàn)環(huán)扭控制。當(dāng)1Y輸出Q3，2Y輸出CP1且置數(shù)脈沖 置入初態(tài)1010時，產(chǎn)生“左右擺動”的圖案；當(dāng)1Y輸出Q3,2Y輸出CP2且置數(shù)脈沖置入初態(tài)為1110時，產(chǎn)生“暗點移動”的圖案；當(dāng)1Y輸出Q3',2Y輸出CP2且置數(shù)脈沖置入的初態(tài)為1111時，產(chǎn)生“逐漸亮再逐漸滅”的圖案 。</p><p><b>　　二．方案設(shè)

13、計與論證</b></p><p>　　彩燈圖案變換一般有旋轉(zhuǎn)、移位和閃動3種形式。每種圖案的狀態(tài)變換常以環(huán)形和扭環(huán)形計數(shù)器的計數(shù)循環(huán)狀態(tài)來實現(xiàn)，而環(huán)形和扭環(huán)形計數(shù)器一般由移位寄存器經(jīng)適當(dāng)?shù)姆答佭B線構(gòu)成。通過改變移位脈沖的時鐘頻率即可改變每種圖案狀態(tài)變換的速度。再用規(guī)則的順序脈沖去控制圖案狀態(tài)變換的保持時間，就能實現(xiàn)不同圖案變換的自動切換。</p><p>　　按照設(shè)計思路，可得

14、到如圖所示的彩燈控制組成方框圖。</p><p>　　三．單元電路設(shè)計與分析</p><p>　　1.彩燈圖案及圖案變換的設(shè)計</p><p>　　可根據(jù)使用場所的不同來設(shè)計不同的彩燈圖案，本題的圖案變幻擬采用以下三種形式：</p><p><b>　　左右擺動</b></p><p>　　這種圖

15、案的狀態(tài)變換有兩種狀態(tài)構(gòu)成,它們之間關(guān)系為01011010。</p><p>　　高電平時LED為亮，低電平時則為暗，所以這兩種狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化就形成了“左右擺動”圖案。</p><p><b>　?。?） 暗點移動</b></p><p>　　這種圖由四種狀態(tài)構(gòu)成,其變換過程為1110→0111→1011→1101→1110.低電平(暗點

16、)逐位循環(huán)右移,這四種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化就形成了“暗點移動”的圖案。 </p><p>　　(3 ) 逐漸亮再逐漸暗</p><p>　　這種圖案的狀態(tài)變換由8種狀態(tài)構(gòu)成，其轉(zhuǎn)換過程為 0000→1000→1100→1110→1111→0111→0011→0001→0000。從0000到1111 LED從左到右逐漸點亮，而從1111到0000，LED從左到右逐漸變暗，形成“逐漸亮再逐漸暗”

17、的圖案。</p><p>　　2. 狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的設(shè)計</p><p>　　從彩燈控制器所采用地種圖案的設(shè)計可以看出：“左右擺動”和“暗點移動”這2種圖案的各種狀態(tài)可由移位寄存器的環(huán)形計數(shù)器獲得，而“逐漸亮再逐漸暗”的各種狀態(tài)則可以通過移位寄存器的扭環(huán)形計數(shù)器得到。由此可見，狀態(tài)變換產(chǎn)生電路可由移位寄存器通過適當(dāng)?shù)姆答侂娐窐?gòu)成的環(huán)形和扭環(huán)形計數(shù)器來實現(xiàn)。74LS195是四位通用移位寄存

18、器，如下圖</p><p>　　3. 初態(tài)產(chǎn)生電路的設(shè)計</p><p>　　用74LS161和74LS00接成一個三進制計數(shù)器,其計數(shù)循環(huán)為1101→1110→1111→1101,在將74LS161數(shù)據(jù)送至74LS195的數(shù)據(jù)輸入端時,把74LS161的Q0與74LS195的D3相連,Q1與D2和D0相連,Q2與D1相連,這樣就產(chǎn)生了三種圖案的初態(tài),其變化為:1010→1110→1111

19、→1010,初態(tài)為1010時產(chǎn)生“左右擺動”圖案，初態(tài)為1010時產(chǎn)生“暗點移動”圖案，初態(tài)為1111時產(chǎn)生“逐漸亮再逐漸暗”圖案。</p><p><b>　　初態(tài)產(chǎn)生電路圖為</b></p><p>　　4. 初態(tài)置入控制電路的設(shè)計</p><p>　　用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123產(chǎn)生的置數(shù)脈沖把三種圖案的初態(tài)送至狀態(tài)變換產(chǎn)生電路.74LS

20、123的時鐘信號輸入端B接與74LS161一樣的時鐘信號，此時置數(shù)脈沖與初態(tài)同步,并將初態(tài)送至74LS195的置數(shù)端.來一個脈沖，74LS195置一個初態(tài),穩(wěn)態(tài)時,產(chǎn)生與初態(tài)相對應(yīng)的圖案。</p><p>　　5. 環(huán)扭計數(shù)控制電路和速度變換產(chǎn)生電路的設(shè)計 </p><p>　　在彩燈控制的三種圖案中，＂左右擺動＂和＂暗點移動＂圖案的狀態(tài)變換數(shù)由環(huán)形計數(shù)器產(chǎn)生的，需將74LS195的Q3端

21、與 JK' 端相連才能得到，而"逐漸亮再逐漸暗"的狀態(tài)變換則由扭環(huán)形計數(shù)器產(chǎn)生，此時應(yīng)將74LS195的Q3' 端與JK’端相連。JK' 與Q3或Q3' 之間的連接可以通過數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)，由于只有3種圖案，且"左右擺動"和"暗點移動"這兩種圖案都是Q3與JK' 相連，所以JK' 與Q3或Q3'之間的連接可采用4選1數(shù)據(jù)選

22、擇器來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端接74LS195的Q3與Q3' 端，輸出端接JK' 端；數(shù)據(jù)選擇器的功能接成三進制的74LS161的低二位來實現(xiàn)，即74LS153的A、B端分別接74LS161的輸出端D0、D1端。74LS195時鐘輸入端CP選擇的是不同頻率的時鐘時鐘，因此速度變化產(chǎn)生電路也可由4選1數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)。</p><p>　　綜上，環(huán)扭形計數(shù)控制電路和速度變化產(chǎn)生電路可由一個雙4選

23、1數(shù)據(jù)選擇器74LS153和一個2位三進制計數(shù)器（74LS161的低二位）來實現(xiàn)。環(huán)扭計數(shù)控制電路和速度變換產(chǎn)生電路如下所示。</p><p>　　⒍ 時鐘信號產(chǎn)生電路的設(shè)計</p><p>　　該電路的主要功能是產(chǎn)生不同頻率的時鐘信號，對于整個彩燈控制器的同步控制和圖案狀態(tài)變換的速度控制。也就是說，該電路產(chǎn)生的時鐘信號有兩個去向：頻率最低的時鐘信號去控制出臺產(chǎn)生電路、初態(tài)置入控制電路，

24、該時鐘信號決定了圖案狀態(tài)變換的持續(xù)時間；其他頻率的時鐘信號則用于圖案狀態(tài)變換速度的控制。</p><p>　　由于彩燈控制器中要用到多個頻率的時鐘信號，在此可以考慮14位二進制串行計數(shù)器/分頻器4060來實現(xiàn)。時鐘信號產(chǎn)生電路如下圖所示</p><p>　　本課題三種圖案的變換采用了相同的持續(xù)時間8s，三種圖案的狀態(tài)變換情況如下：</p><p>　　對于"

25、;左右擺動"圖案，狀態(tài)間變化所需時間為0.25s，8s內(nèi)循環(huán)16個周期。</p><p>　　對于"暗點移動"圖案，狀態(tài)間變化所需時間為0.125s，8s內(nèi)循環(huán)16個周期。</p><p>　　對于"逐漸亮再逐漸暗"圖案，狀態(tài)間變化所需時間為0.125s，8s內(nèi)循環(huán)8個周期。</p><p><b>　?、?/p>

26、 清零電路的設(shè)計</b></p><p>　　清零的電路的功能主要是針對2個三進制計數(shù)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和狀態(tài)變換產(chǎn)生電路進行復(fù)位清零，而且對這幾部分電路的清零必須同時進行，以保證三種圖案能夠正確切換。經(jīng)過清零過程，可使74LS195構(gòu)成的電路能夠產(chǎn)生"逐漸亮再逐漸暗"圖案的狀態(tài)變換。另外清零電路還作用于74LS161構(gòu)成的初態(tài)產(chǎn)生電路，目的是在清零過程中，利用CP0的上升沿來把1

27、101置入其中。</p><p>　　本題目中的清零電路的構(gòu)成很簡單，只用一個接地按鍵和一個限流電阻即可實現(xiàn)清零復(fù)位的功能。</p><p>　　8. 驅(qū)動電路的設(shè)計</p><p>　　驅(qū)動電路應(yīng)根據(jù)每一組驅(qū)動彩燈的總電流來進行選取。實驗中可選用一般的門電路或OC門電路。設(shè)計彩燈控制器時因每組只需4個LED，總電流較小，所以選用4-2輸入與門74LS08作為驅(qū)動電

28、路即可。</p><p>　　四．總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b></p><p><b>　　2．工作原理</b></p><p>　　彩燈圖案變換有旋轉(zhuǎn)、移位和閃動3種形式。每種圖案的狀態(tài)變換以環(huán)形和扭環(huán)形計數(shù)器的計數(shù)循環(huán)狀態(tài)來實現(xiàn)，而環(huán)形和扭環(huán)形計數(shù)器由移

29、位寄存器經(jīng)適當(dāng)?shù)姆答佭B線構(gòu)成。通過改變移位脈沖的時鐘頻率即可改變每種圖案狀態(tài)變換的速度。再用規(guī)則的順序脈沖去控制圖案狀態(tài)變換的保持時間，就能實現(xiàn)不同圖案變換的自動切換。</p><p>　　分頻器4060產(chǎn)生三種時鐘信號CP2 CP1和CP0。CP0去控制產(chǎn)生置數(shù)脈沖的74LS123和產(chǎn)生初態(tài)74LS161，以使置數(shù)脈沖與初態(tài)同步。74LS161接成三進制計數(shù)器，產(chǎn)生三種圖案的初態(tài),并將其送至74LS195的數(shù)據(jù)

30、輸入端，雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153的2Y作為74LS195的時鐘信號控制速度變換，1Y接74LS195的JK實現(xiàn)環(huán)扭控制。</p><p><b>　　3．元器件清單</b></p><p><b>　　表1 元器件清單</b></p><p><b>　　五．結(jié)論</b></p>

31、<p>　　經(jīng)過理論設(shè)計和軟件仿真，各個節(jié)點連接無誤，各部分電路均工作正常，符合設(shè)計要求，就具有很強的可行性。</p><p><b>　　六．心得體會</b></p><p>　　為期兩周的課程設(shè)計讓我對本學(xué)期的數(shù)電和模電課程有了更深的理解，認(rèn)識到電子應(yīng)用的廣泛。如果能熟練掌握數(shù)電和模電的基礎(chǔ)知識，再通過參考書和上網(wǎng)查一些元器件的作用，我們就可以做許多于

32、我們生活有用的東西，像彩燈控制器、交通信號燈和脈搏測量儀等。</p><p>　　所以，學(xué)習(xí)理論知識很重要，但是，光有理論還遠遠不夠。對于這一點，我在本次課設(shè)中深有體會。</p><p>　　通過查閱參考書，我明白了本課題原理，在Proteus 7軟件中繪制出原理圖，理論上應(yīng)該出現(xiàn)正確的圖案變換，但仿真結(jié)果并不樂觀，初態(tài)置入不正確，而且還有兩種圖案狀態(tài)變換不符合要求。我們開始認(rèn)真檢查，結(jié)果

33、發(fā)現(xiàn)連線多處錯誤，改正后，再次運行，結(jié)果“暗點移動”仍是不符要求。最終，我們決定用74LS161代替了由D觸發(fā)器構(gòu)成的三進制計數(shù)器。在符合課題要求的條件下，我們盡量減少元器件，用不太復(fù)雜的器件。原想這個課題與實際聯(lián)系較大，對此應(yīng)很有興趣，沒想到多次出現(xiàn)問題后，大家興趣大減，開始煩躁不安，結(jié)果覺得時間很緊張。</p><p>　　此次課設(shè)給我最大的體會是，要理論聯(lián)系實際，將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐；增強自己應(yīng)用理論的能力

34、。此外，在以后的學(xué)習(xí)生活中，要鍛煉自己的耐心，做事切不可馬虎大意，提高工作學(xué)習(xí)效率。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版).北京:高等教育出版社 2006.</p><p>　　[2] 崔瑞雪、張增良主編.電子技術(shù)動手實踐.北京：北京航空航天出版社 2006</p&