數(shù)電課程設(shè)計(jì)----循環(huán)彩燈控制器

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目 </b></p><p><b>　　循環(huán)彩燈控制器</b></p><p><b>　　主要內(nèi)容及要求</b></p><p>　　(1)共有紅、綠、黃3色彩燈各9個(gè)，要求按一定順序和

2、時(shí)間關(guān)系運(yùn)行。</p><p>　　(2)動(dòng)作要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5S的速度跑動(dòng)一次，然后，全部紅燈亮5S，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。</p><p>　　(3)對(duì)各組燈的控制，要求有驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　(4)對(duì)跑動(dòng)電路，可以每3個(gè)一組，交叉安裝，分別點(diǎn)亮每一組，利用視覺(jué)暫停，達(dá)到跑動(dòng)的效果。</p><p

3、><b>　　三．進(jìn)度安排</b></p><p>　　1、6月8日，老師給出選題內(nèi)容，課程設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，指導(dǎo)時(shí)間及任務(wù)完成期限。</p><p>　　2、6月13日-15日，根據(jù)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求構(gòu)造整個(gè)設(shè)計(jì)思路，復(fù)習(xí)數(shù)字電路中觸發(fā)器、譯碼器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器等部分內(nèi)容。</p><p>　　3、6月16日～6月20日分析彩燈控制器

4、的組成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引腳排列及功能。進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)及仿真模擬。</p><p>　　4、6月21日～6月22日根據(jù)電路的原理寫(xiě)出設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　5、6月23日～6月25日設(shè)計(jì)方案的檢查，修正，改進(jìn)，按要求打印方案。</p><p><b>　　總評(píng)成績(jī)</b></p><p>　　指導(dǎo)

5、教師 </p><p>　　學(xué)生簽名 </p><p><b>　　循環(huán)彩燈控制器</b></p><p><b>　　一，設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　(1)共有紅、綠、黃3色彩燈各9個(gè)，要求按一定順序和時(shí)間關(guān)系運(yùn)行。</p>

6、;<p>　　(2)動(dòng)作要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5S的速度跑動(dòng)一次，然后，全部紅燈亮5S，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。</p><p>　　(3)對(duì)各組燈的控制，要求有驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　(4)對(duì)跑動(dòng)電路，可以每3個(gè)一組，交叉安裝，分別點(diǎn)亮每一組，利用視覺(jué)暫停，達(dá)到跑動(dòng)的效果。</p><p><b>　　二

7、，方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p><b>　　總設(shè)計(jì)思路 </b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)要求可以大致的畫(huà)出框架圖：</p><p>　　根據(jù)此框架圖設(shè)了兩種實(shí)現(xiàn)方案</p><p>　　方案一：該任務(wù)要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5S的速度跑動(dòng)一次，然后，全部紅燈亮5S，再黃燈，后

8、綠燈，各一次。以此循環(huán)。根據(jù)此要求電路總體上可以分為三部分：一部分電路為控制0.5s的跑動(dòng)。一部分電路為控制5s的跑動(dòng)。一部分電路為實(shí)現(xiàn)這兩種跑動(dòng)的循環(huán)。因些可以選用兩個(gè)555多諧振蕩器（一個(gè)周期為0.5秒，一個(gè)為5秒）用來(lái)控制跑動(dòng)的速度，再選兩個(gè)4017芯片，因?yàn)?017芯片在正常工作下，連續(xù)送入時(shí)鐘脈沖時(shí)，其十個(gè)輸出端會(huì)依次輸出高電平。這樣可以用一個(gè)4017芯片點(diǎn)亮0.5s的跑動(dòng)，用一個(gè)4017芯片來(lái)點(diǎn)亮5s的跑動(dòng)。選用一個(gè)JK觸發(fā)

9、器和模擬開(kāi)關(guān)4066芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)功能，即用JK觸發(fā)器來(lái)控制4066芯片的開(kāi)通和關(guān)閉。</p><p>　　方案二：因?yàn)榧t，綠，黃三種燈各9個(gè)，共27個(gè)燈，0.5s跑動(dòng)的可以分成每組三個(gè)燈，就有9組燈，這可以用9進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)控制（0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000）每個(gè)數(shù)就控制一組燈（3個(gè)一組）。5s跑動(dòng)的分成三組，即紅，綠，黃三組，這三組用3進(jìn)制計(jì)數(shù)來(lái)控制（

10、00，01，10）,每組數(shù)控制一組燈（9個(gè)一組）。實(shí)現(xiàn)交替循環(huán)。</p><p>　　三，單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p>　　現(xiàn)在主要是對(duì)方案一的設(shè)計(jì)：</p><p>　　在整個(gè)電路中，其主要的組成部分有：</p><p>　　555定時(shí)器和4017芯片組成的 3個(gè)一組0.5s依次跑動(dòng)：</p><p>　　

11、(由于仿真時(shí)，設(shè)置的時(shí)間跟實(shí)際理論計(jì)算的不符合，故仿真時(shí)時(shí)間可能不是0.5s)</p><p>　　555定時(shí)器和4017芯片組成的9個(gè)一組持續(xù)亮5s的：</p><p>　　(由于仿真時(shí)，設(shè)置的時(shí)間跟實(shí)際理論計(jì)算的不符合，故仿真時(shí)時(shí)間可能不是5s)</p><p>　　4066和74LS76組成的一個(gè)循環(huán)電路：</p><p>　?。ū緛?lái)是

12、要用hc4060+CD4013（D觸發(fā)器，用它做2分頻電路）+32768Hz的晶振組成秒定時(shí)，產(chǎn)生秒脈沖來(lái)做循環(huán)電路的，不過(guò)由于其中的芯片沒(méi)接觸過(guò)也比較復(fù)雜，所以就沒(méi)用此方案，改為用4066和7476組成的循環(huán)電路。）</p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中各個(gè)單元的詳細(xì)原理、電路圖和仿真狀態(tài)如下：</p><p>　　第一部分電路：實(shí)現(xiàn)3個(gè)一組紅燈，后黃燈，再綠燈，分別依次跑動(dòng)一次的電路，電路如

13、下圖：</p><p>　　此電路主要用到一個(gè)555多諧振蕩器和一個(gè)4017芯片，4017芯片有十個(gè)輸出端口，而每3個(gè)一組的燈都接一個(gè)4017的輸出端口，這樣可控制任務(wù)中的9組燈。</p><p>　　電路中的555多諧振蕩器的輸出端接4017的脈沖輸入控制，555多諧振蕩器不斷的產(chǎn)生脈沖送入4017芯片的脈沖輸入端，從而使4017芯片的輸出端（01，02，03，04，05，06，07，0

14、8，09）依次為高電平，這樣就控制指燈不斷的跑動(dòng)！</p><p>　　第二部分電路：用來(lái)實(shí)現(xiàn)全部9個(gè)一組紅燈，再黃燈，后綠燈，各亮一次。</p><p><b>　　電路如下圖：</b></p><p>　　此電路主要用到一個(gè)555多諧振蕩器和一個(gè)4017芯片，4017芯片有十個(gè)輸出端，而每9個(gè)億組的燈都接一個(gè)4017的輸出端（共接三個(gè)），這

15、樣可控制任務(wù)中的3組燈。</p><p>　　電路中的555多諧振蕩器的輸出端接4017的脈沖輸入控制，555多諧振蕩器不斷的產(chǎn)生脈沖送入4017芯片的脈沖輸入端，從而使4017芯片的輸出端（01，02，03）依次為高電平，這樣就控制3組指燈持續(xù)亮5s依次跑動(dòng)循環(huán)！</p><p>　　第三部分電路：用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種的跑動(dòng)不斷循環(huán)。電路如下圖：</p><p>　　此部

16、分電路主要是用一個(gè)4066BP芯片和一個(gè)74LS76N芯片來(lái)現(xiàn)實(shí)。4066BP芯片為模擬開(kāi)關(guān)芯片，它集成了四個(gè)模擬開(kāi)關(guān)（在此用到兩個(gè)），每個(gè)模擬開(kāi)關(guān)有2個(gè)端子，一個(gè)為控制端，主要接高電平或低電平，其佘兩個(gè)端子為輸入輸出端。當(dāng)控制接高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)接通，控制端接低電平時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。74LS76N芯片為集成JK觸發(fā)器。在此電路中觸發(fā)器的J ，K 和清零端都接高電平。這樣每給觸發(fā)器一個(gè)觸發(fā)邊沿其輸出端就翻轉(zhuǎn)一次。Q端接4066BP的一個(gè)開(kāi)關(guān)的控制

17、端。Q非接4066BP的另一個(gè)開(kāi)關(guān)的控制端。這樣可以使4066BP用到的兩個(gè)開(kāi)關(guān)一個(gè)接通時(shí)而另一個(gè)就斷開(kāi)。而觸發(fā)器的脈沖輸入端接第一部分電路中的4017的第十（09）輸出端口和第二部分電路中的4017的03輸出端口的或門(mén)的結(jié)果。而4066模擬開(kāi)關(guān)用到的兩個(gè)開(kāi)關(guān)的輸入端接12V直流電源，其一個(gè)開(kāi)關(guān)的輸出端接第一部分電路中的555多諧振蕩器電源端，別一個(gè)開(kāi)關(guān)輸出端接第二部分電路中的555多諧振蕩器的電源端！這樣就實(shí)現(xiàn)了若第一部分的電路工作時(shí)

18、第二部分電路就不工作。而第二部分電路工作時(shí)第一部分電路就不工作。即可實(shí)現(xiàn)交替循環(huán)工作！</p><p>　　總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b></p><p>　　2.電路完整工作過(guò)程</p><p>　　電路運(yùn)行時(shí)第一部分的555多諧振蕩器首先工作不斷的給控制著9組燈（3個(gè)一組）的4

19、017芯片送去脈沖，從而使4017的十個(gè)輸出端依次為輸出高電平。接到高電平的組燈就會(huì)發(fā)光。這樣就實(shí)現(xiàn)先紅燈，后黃燈，再綠燈，分別依次0.5s跑動(dòng)。當(dāng)最后的綠燈亮完后，即第一部分的單元電路中的4017的第十個(gè)輸出端（09）輸出高電平時(shí)，這就給74LS76觸發(fā)器送去一個(gè)脈沖，于是觸發(fā)器的Q端就翻轉(zhuǎn)輸出低電平使4066模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè)開(kāi)關(guān)變?yōu)閿嚅_(kāi)，從而使第一部分的電路處于不工作狀態(tài)。而觸發(fā)器的Q非端同時(shí)了輸出一個(gè)高電平使4066的另一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通

20、，這時(shí)第二部分的電路開(kāi)始運(yùn)行。這樣就使全部紅燈，再黃燈，后綠燈，各亮一次。而當(dāng)綠燈全部亮完后，這時(shí)第二部分的4017的第四個(gè)輸出端（03）輸出高電平，也給觸發(fā)器送去一個(gè)脈沖。于Q端和Q非端翻轉(zhuǎn)。這樣第二部分的4066的模擬開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，控制第二部分的模擬開(kāi)關(guān)斷開(kāi)使第二部分的電路不工作。，而控制著第一部分的4066模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，使第一部分的電路工作3個(gè)一組的組燈依次點(diǎn)亮、依次跑動(dòng)。如此實(shí)現(xiàn)了3個(gè)一組先紅燈，后黃燈，再綠燈0.5s依次跑動(dòng)，讓后

21、再9個(gè)一組，先紅燈，后黃燈，再綠燈持續(xù)亮</p><p><b>　　3．元件清單</b></p><p><b>　　五．安裝與調(diào)試</b></p><p>　　1、按照電路圖進(jìn)行接線，按照單元電路設(shè)計(jì)中的方法連接好每一塊電路，然后把每一塊接在一起。對(duì)每單元電路進(jìn)行調(diào)試，在對(duì)每部分電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)仿真狀態(tài)跟設(shè)計(jì)和預(yù)想的一樣

22、，沒(méi)什么大問(wèn)題。</p><p>　　2、把各單元電路接在一起調(diào)試時(shí)，3個(gè)一組隔0.5s跑動(dòng)亮的正常，不過(guò)9個(gè)一組的持續(xù)5s的出現(xiàn)錯(cuò)誤，就是0.5s和5s的兩個(gè)功能電路都一起工作，達(dá)不到要設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　3、把0.5s跑動(dòng)單元電路中的4017芯片的第十個(gè)輸出端口和持續(xù)亮5s的單元電路中的4017芯片的第四個(gè)輸出端口用一個(gè)或門(mén)連起來(lái)后就能正常工作了。不過(guò)，持續(xù)亮5s的功能中

23、，亮黃跟綠燈時(shí)會(huì)有三個(gè)紅燈也一起亮的(問(wèn)題解決不了)。不過(guò)總體的功能跟效果還是達(dá)到要求。</p><p><b>　　六．結(jié)論與心得</b></p><p>　　通過(guò)此次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電路的設(shè)計(jì)流程有了一定的了解，對(duì)仿真軟件也有一定的認(rèn)識(shí)?？偟膩?lái)說(shuō)，本次的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行的還算順利，不過(guò)對(duì)于結(jié)果有點(diǎn)不怎么滿意，就是持續(xù)亮5S的功能有點(diǎn)不完善，但總的結(jié)果還算達(dá)到了設(shè)計(jì)要求

24、。本次所用的芯片大部分都是基礎(chǔ)的，不過(guò)有個(gè)別的不怎么了解，不過(guò)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)這些未曾接觸過(guò)的芯片都有一定的認(rèn)識(shí)，對(duì)其功能也有一定的了解。比如4066，4017。這次的課程設(shè)計(jì)是我更加熟悉芯片的功能跟用法，讓我更好的運(yùn)用邏輯門(mén)，使我所學(xué)的知識(shí)得到鞏固，并且這次的設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考的能力和操作的能力。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p

25、>　　1.《電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）》，康華光 主編，高等教育出版社；</p><p>　　2.《數(shù)字電路設(shè)計(jì)完全手冊(cè)》，鄧勇、周鐸、鄧斌編著，國(guó)防工業(yè)出版社；</p><p>　　3.《數(shù)字電路指南》，阮祁忠、蔡聲鎮(zhèn)編著，福建科學(xué)技術(shù)出版社。</p><p><b>　　附圖：</b></p><p>　　CD4