简易声光控延时照明灯电路课程设计报告书.docx
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简易声光控延时照明灯电路课程设计报告书
电子技术课程设计
题目：
___简易彩灯控制器电路_
学生：
专业班级：
电子信息工程11-01班
学号：
541101030
院（系）：
电气信息工程学院
指导教师：
黄春
完成时间：
2013年06月25日
轻工业学院
课程设计（论文）任务书
题目简易彩灯控制器电路
专业电信工程11-01学号541101030
主要容、基本要求、主要参考资料等：
主要容
1.阅读相关科技文献。
2.学习protel软件的使用。
3.学会整理和总结设计文档报告。
4学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
1.要求电路能够控制8个以上的彩灯。
2.要求彩灯组成四种以上的花形，每种花形连续循环两次，各种花形轮流显示。
主要参考资料
1.何小艇，电子系统设计，大学，2001年6月
2.福安，电子电路设计与实践，科学技术，2001年10月
3.王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学，1999年10月
4.银华，电子线路设计指导，航空航天大学，2005年6月
5.康华光，电子技术基础，高教，2003年
完成期限：
2013年06月28日
指导教师签章：
专业负责人签章：
2013年06月21日
简易彩灯控制器电路
摘要
彩灯控制器是用来使彩灯按照一定的形式和规律闪亮，起到烘托节日氛围、吸引公众注意力的作用，它是一种很好的照明娱乐工具，应用前景较为广泛。
本设计就是采用电子元件制作的一个简易的具有四种变换花型的彩灯控制器。
本电路系统由四部分组成，分别是：
（1）时钟振荡电路，555定时器构成多谐振荡器；
（2）分频电路，由四位二进制计数器74LS161组成，为D触发器提供时钟；
（3）状态机电路，由双D触发器组成；
（4）移位显示电路，由双向移位寄存器74194和发光二极管组成，实现花型显示。
彩灯控制器实现方法多种多样，本次设计的这台彩灯控制器主要功能有：
（1）可以控制8个以上的彩灯；
（2）可以组成四种以上花型，并且每种花型能够连续循环两次，各种花型轮流显示。
本电路基于74系列简单逻辑门电路的组合，实现简易电子彩灯控制器电路，具有电路设计简单，成本低廉的特点。
关键词：
彩灯，十六计数器，时钟电路，二进制计数，四种码
摘要...........................................................2
第一章 设计要求......................................4
第一节设计课题........................................4
第二节基本要求........................................4
第二章系统组成及工作原理..........................4
第一节系统组成框图...................................4
第二节工作原理析......................................4
第三章电路方案设计.................................5
第一节电路图设计......................................5
第四章单元电路设计.................................5
第一节时钟脉冲产生电路...............................5
第二节分频电路的工作原理..............................6
第三节状态机电路.....................................7
第四节移位输出路.....................................7
第五章心得体会......................................8
参考文献...............................................9
附录1元器件清单....................................10
附录2输出状态编码..................................11
附录3元件管脚图...................................12
附录4元件功能表....................................13
附录5原理图.........................................14
第一章设计要求
第一节设计课题
题目：
简易彩灯控制器电路
第二节基本要求
（一）要求电路能够控制8个以上的彩灯。
（二）要求彩灯组成四种以上的花形，每种花形连续循环两次，各种花形轮流显示。
第二章 系统组成及工作原理
第一节系统组成框图
把四花型彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。
系统可由四个模块组成，它们分别是：
时钟产生电路、分频电路、移位显示电路、状态机电路。
设计框图如图2.1所示：
图2-1 设计框图
第一部分，由555定时器构成时钟振荡电路，产生固定频率的脉冲；第二部分，由四位二进制计数器74LS161组成分频电路，为D触发器提供时钟，为状态机提供时钟；第三部分，采用双D触发器74LS74组成状态机电路，实现四种花样的轮流显示；第四部分，采用双向移位寄存器74LS194组成移位输出电路。
第二节工作原理分析
由555定时器构成的时钟振荡电路产生固定频率的脉冲，一方面作用于由74161组成的分频电路，一方面作用于由74F194构成的移位输出电路，为他们
提供时钟信号。
由于74161是16分频计数器，故每十六个脉冲74LS161进位一次,致使触发器U1A翻转一次，而触发器U2A的3脚连接的是触发器U1A的5脚，实现了U1A的16分频和U2A的32分频。
所以平均U1A翻转两次而U2A翻转一次。
集成移位寄存器74194由个RS触发器及他们的输入控制电路组成，其中S1和S0是两个控制输入端。
双D触发器的输出端改变S0,S1的值，实现左右移动控制。
可组成U1A左移，U2A右移；U1A右移，U2A右移；U1A左移，U2A左移；U1A右移，U2A左移四种花型。
每十六个脉冲每种花型恰好循环两次，而此时D触发器翻转，转换为下一种花型。
第3章电路方案设计
第一节电路图设计
将各单元电路组织起来就得到了系统电路图，如附录Ｆ所示。
本电路图设计简单、结构清晰，可分为时钟产生电路、分频电路、移位显示电路、状态机电路。
555定时器构成时钟电路，由四位二进制计数器74LS161组成分频电路，由双向移位寄存器74194和发光二极管组成移位显示电路，双D触发器构成状态机电路。
第四章单元电路设计
第一节时钟脉冲产生电路
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲。
电路图如图4.1所示:
图４-１ 由555定时器构成的多振荡器
接通电源后，电容C5被充电，当2管脚处的电压上升到2Vcc/3时，使Vo为低电平，同时放电三极管Ｔ导通，此时电容C5通过R2和T放电，Vc下降。
当Vc下降掉Vcc/3时，Vo翻转为高电平。
振荡器的振荡频率为1.43/（R1+R2+R2）C5。
第二节 分频电路的工作原理
图4-2 74LS161引脚图
74LS161是4位二进制同步加计时器。
其中1脚是异步清零端，9脚是预置控制端，P0,P1,P2,P3是预置数据输入端，RCO是预置数据输入端，7和10脚是计数控制端。
（1）异步清零：
当1脚接低电平时，不管其他输入的状态如何，计数器直接清零。
（2）同步并行预置数；在1脚接高电平的条件下，当9脚接低电平且有时钟脉冲时P0,P1,P2,P3输入端的数据分别被Q0,Q1,Q2,Q3所接收。
（3）保持：
1和9脚同时接高电平，两个记数使能端有一个接低电平时，不管有无脉冲，记数器都保持原状态不变。
（4）记数：
当1,7,9,10管脚都接高电平时，计数器处于记数状态。
当时钟电路产生16个脉冲时，计数器进位端进1，促使D触发器翻转或截止。
第三节 状态机电路
图4-3状态机电路图
状态机电路由两个D触发器组成。
触发器U1A的5脚与触发器的U2A的3脚连接，从而实现U1A的16分频和U2A的32分频。
D触发器为上升沿出发，当脉冲由低电平变为高电平时，D触发器发生翻转。
本电路中，假设开始时U1A的5脚为高电平，则U2A的3脚也为高电平，分频电路16拍进位一次，促使触发器U1A发生翻转使5脚变为低电平则U2A的3脚也变为低电平。
当分频电路经过第二个16拍时，再次进位，U1A的5脚为高电平而此时U2A的2脚也再次变为高电，此过程中U2A经历了一个上升沿触发，翻转一次，从而实现四种花型的轮流变换
第四节 移位输出电路
图4-4 移位输出电路电路图
集成移位寄存器74194由4个RS触发器及他们的输入控制电路组成，其中S1和S0是两个控制输入端,A、B、C、D是并行输入端。
如表1所示，他们的状态组合可以完成四种控制功能，其中左移和右移两项是串行输入，数据是分别从左移输入端7引脚和右移输入端2引脚送入寄存器中的。
1引脚为异步清零。
如图U1B,本电路中要求移位过程中数据不丢失，故采用将移位寄存器的最高位输出端15脚和最低位输入端2引脚连接以及让移位寄存器的最低位输出端12引脚和最高位输入端7引脚连接，形成环形计数器。
从而实现四种花型的循环输出。
表1 74194双向移位寄存器控制端的逻辑功能
第5章心得体会
一周的课程设计，使自己收获很多，加深了对书上及老师所讲知识的理解。
在本次电子课程设计的学习和研究过程中我感觉受益很深，不但让我懂得了许多理论知识，更给了我一个理论联系实际的机会，让我学到了许多书上学不到的东西。
设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练掌握。
设计电路时，将总体的功能分成若干个功能单元来实现，是简化电路设计思路的很好方法；且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法，对电路故障的检查也是很有帮助。
通过这次电子课程设计，我学到了很多东西，如查找资料，设计比较，从各种图中提取所需。
此外，这次课设还让我们学到很多，也吸取了很多教训。
以前感觉考试考得高分就是学到知识了，当真正自己动手去做时才认识到自己犯了多大的错误。
在画原理图是需要用到protel，这有力的巩固了我们本学期刚学完的protel知识。
理论学得再好如果不能用到实践中去等于没学。
通过此次的课程设计，真正提高了我们动手能力，学会获取资料，活跃了自己的思维，巩固了我们所学的知识。
最后，感此次课程设计过程中一直给予我们支持与帮助的老师们，感您们的耐心指导！
参考文献
[1]自美电子线路设计、实验、测试华中理工
[2]王澄飞电路与数字逻辑设计实践东南大学
[3]何小艇电子系统设计大学
[4]福安电子电路设计与实践科学技术
[5]编委会灯光控制应用电路集萃机械工业
[6]银华电子线路设计指导航空航天大学
[7]康华光电子技术基础高教
[8]徐模拟及数字电子技术实验教程航空航天大学
附录１：
元器件清单
元件种类
数量
74LS194
２个
74HC06
４个
74LS161
１个
74LS74
２个
NE555
１个
30K电阻
１个
35K电阻
１个
1K电阻
８个
LED发光二极管
８个
整流桥
１个
1000uF电容
１个
10uF电容
１个
0.1uF电容
１个
0.33uF电容
２个
100uF电容
１个
附录２：
输出状态编码
节拍脉冲
编码D1D2D3D4D5D6D7D8
花型一
花型二
花型三
花型四
1
00000000
00000000
00000000
00000000
2
00010001
10000001
10001000
00011000
3
00110011
11000011
11001100
00111100
4
01110111
11100111
11101110
01111110
5
11111111
11111111
11111111
11111111
6
11101110
01111110
01111110
11100111
7
11001100
00111100
00111100
11000011
8
10001000
00011000
00011000
10000001
9
00000000
00000000
00000000
00000000
附录３:
元件引脚图
附录４：
元件功能表
74LS194功能表
74LS161功能表
D触发器功能表
附录5：
原理图
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