四花样彩灯课程设计Word文件下载.docx

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把四花样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。

设计框图如图1.1-1所示：

由两个555构成两个时钟电路，由模十六计数器和组合逻辑门构成四种码产生电路，由双D触发器和数据选择器构成开关电路，由移位寄存器和八个彩灯构成输出电路，一个时钟控制模十六计数器和移位寄存器，另一个时钟控制双D触发器。

1.2工作原理分析

从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：

一路作为计数脉冲送到模十六计数器；

另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。

调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，即改变彩灯移动的速度，得到不同的动态效果。

多谐振荡器、双D触发器、数据选择器共同组成一个电子开关。

多谐振荡器输出的计数脉冲经双D触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑状态。

这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，对应从模十六计数器输送到数据选择器的QA，QB，QC，QD四个分频信号。

其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。

当双D触发器输出为“00”时，数据选择器输出10000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样一；

为“10”时，数据选择器输出11000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样二；

为“01”时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；

为“11”时数据选择器输出1111111100000000序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。

调节开关电路的CP脉冲产生电路的电阻，可以改变开关的切换时间用以选择每种花样出现时间的长短。

数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从Q0到Q7顺序移动。

移动的八位控制信号直接控制发光二极管的亮灭，就出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。

2电路方案设计

2.1电路图设计

将各单元电路组织起来就得到了系统电路图2.1-1所示

图2.1-1系统电路

本电路图设计简单、结构清晰，可分为四种码产生电路、开关电路、输出电路和时钟电路这四个模块。

四种码产生电路由模十六计数器和组合逻辑门构成，开关电路由双D触发器和数据选择器构成，输出电路由移位寄存器和彩灯构成，时钟电路由两个555构成。

通过改变多谐振荡器的电阻可改变彩灯流动的速度和各花样持续的时间，实现了彩灯花样的动态变化，增强了控制器的灵活性。

2.2方案比较

比较方案1：

在原方案的基础上，用模十六计数器74LS161的输出端的最高位QD作为双D触发器的时钟，可以少用一个555定时器。

计数器每计八个数，QD由低电平变为高电平，双D触发器的状态改变，四选一数据选择器74LS153选择下一种码输出，彩灯变为另一种花样，以后四种花样循环改变。

如图2.2-1所示:

图2.2-1比较方案1电路图

如果按此方案连接电路，彩灯无法完成第四种花样（依次点亮，依次熄灭），只能完成一半，依次点亮或依次熄灭，部分实现了设计要求，所以不采用。

彩灯控制器电原理图如图2.2-2所示。

ICl、IC2由555接成多谐振荡器。

IC3由4位2进制计数器74LS93接成16进制计数器，其4个输出端可分别输出对计数脉冲的2、4、8、16分频信号。

IC4是双D触发器74LS74，在这里接成两位2进制加法计数器。

IC5是双4选l数据选择器74LSl53，这里只用了它的一组4选1数据通道。

IC6是3位单向移位寄存器74LSl64，它是产生移动灯光信号的核心器件。

驱动电路用8只三极管组成8路射随器作缓冲放大，去触发作电流开关的8只双向可控硅，以控制彩灯发光。

电路的十5V电源由220V／9V变压器降压，经D1一D4桥式整流，7805稳压后给控制电路供电。

电路图如图2.2-2所示

图2.2-2比较方案2电路图

从ICl3脚出来的脉冲信号分为两路：

一路作为计数脉冲送到IC3的14脚；

另一路作为移位时钟脉冲加到IC6的8脚。

调节RWl改变ICl的振荡频率，可以改变灯光的移动速度，以得到不同的动态效果。

IC2、IC4、IC5共同组成了一个电子开关。

IC2输出的计数脉冲经IC4两位二进制计数，在IC4的两个输出端共可得到“00”~“11”4个逻辑状态。

这4个状态作为IC5的4个数据通道选择信号，对应从IC3输送到IC5的QA、QB、QC、QD4个分频信号。

当IC4输出为“00”时，选通IC5的8脚；

为“01”时，选定IC5的5脚。

调节RW2改变IC2的输出脉冲周期，可以改变开关的切换时间，用以选择每种花样出现时间的长短。

从IC5第7脚输出的数据信号送到IC6的输入端，在时钟脉冲作用下，数据在IC6的8位并行输出端从Q0一Q7顺序移动。

这一移动的8位控制信号经功率驱动电路去推动8路彩灯，就出现了8路4花样自动循环切换的流水彩灯。

很明显，这个方案很烦琐。

会更多的出现不确定因数造成的错误。

不选该方案

3单元电路设计与计算

3.1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,其周期为:

T=0.7（R1+2R2）C

要用两个555产生两个时钟脉冲,一个控制74LS161模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动,其周期设为1秒左右,电阻值和电容值可设为：

R1=1KΩ，R2=51KΩ，C=0.01μF

由公式（4-1）计算得：

T=0.721S

电路图如图3.1-1所示:

图3.1-1时钟电路图

另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数器的20倍,改变R1、R2的阻值即可，可设为：

R1=1KΩ，R2=1MΩ，C=0.01μF

T=14.42S

3.2四种码电路

根据彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即四种码产生电路要产生的码，如表3.2-1所示：

表3.2-1四种码

花样

状态要求

周期（位）

码

1

一亮一灭，从左向右移动

8

10000000

2

两亮两灭，从左向右移动

11000000

3

四亮四灭，从左向右移动

11110000

4

从1～8从00左到右逐次点亮，然后逐次熄灭

16

1111111100000000

要产生这四种码，可由十六进制计数器接组合逻辑门产生，十六进制计数器的真值表如表3.2-2所示

表3.2-2计数器真值表

序号

原状态[S（t）]

Q4Q3Q2Q1

次态[N（t）]

输出

Z1

Z2

Z3

Z4

5

6

7

9

10

11

12

13

14

15

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

由表3.2-2分析得：

Z1=Q3Q2Q1

Z2=Q3Q2

Z3=Q3

Z4=Q4

所以四种码产生电路如图3.2-1所示：

图3.2-1四种码产生电路图

3.3彩灯开关电路

要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地输出Z1、Z2、Z3、Z4。

使双D触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端，双D触发器能产生00、01、10、11这四钟循环的状态，从而使选择器循环的选择一种码输出，实现彩灯的四花样循环。

开关电路图如图3.3-1所示：

图3.3-1开关电路图

令Q1Q2=AB，74LS153数据选择器的功能表如表3-1所示

表3.3-1数据选择器功能表

B（Q2）

A（Q1）

1Y

由表3.3-1可知，数据选择器的地址输入端A、B循环转变，输出端1Y循环选择四种码Z1、Z2、Z3、Z4输出，使彩灯的四花样自动循环改变。

3.4花样输出电路

输出电路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成。

寄存器的数据输入端接收开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，输出四种彩灯花样。

当输入移位寄存器数据输入端的码为10000000时，清零后在移位脉冲CP的作用下，寄存器数码移动情况如表3.4-1所示：

表3.4-1寄存器数码移动情况表

CP

Ri

QA

QB

QC

QD

QE

QF

QG

QH

由表3.4-1可看出，输入码中的那位高电平“1”从寄存器的输出端QA经八个移位脉冲CP作用后逐渐到了QH，使输出端所连接的彩灯依次点亮，实现了彩灯依次点亮的花样。

当输入另外的三种码时，寄存器的数码移动原理相似，所以就不累赘了。

3.5各种芯片管脚图

模十六计数器74LS161，芯片管脚图如图3.5-1所示：

图3.5-174LS161管脚图

双四选一数据选择器74LS153，芯片管脚图如图3.5-2所示：

图3.5-274LS153管脚图

8位移位寄存器74LS164，芯片管脚图如图3.5-3所示

4元器件明细表

表4-1元器件清单

器件名称

规格型号

数量

备注说明

555定时器

直插式555

2个

模十六计数器

直插式74LS161

1个

双D触发器74LS74

直插式74LS74

四选一数据选择器

直插式74LS153

八位移位寄存器

直插式74LS164

色环电阻

1K

8个

30K

电容

电解10uF、47uF,瓷片104，

各2个

发光二极管

小号LED

红色

rest

20K,62K,1K,1.5K，3.7K,4.7K各一个

导线、通用板

细铜线

导线若干，通用板一块

5课程设计实物图

图5-1四花样彩灯电路实物图正面

图5-2四花样彩灯电路实物图背面

6收获体会

本次课程设计是我第二次课程设计。

作为是汽车电子信息专业的学生，设计是我们将来必需的技能，这次任务的课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的仿真再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。

可以说，本次课程设计有苦也有甜。

设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。

因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。

制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，要求我们有一个比较正确的调试方法。

这又要我们要灵活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度。

要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。

留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚韧的毅力。

在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如CP脉冲的供给通断等。

在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因。

设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做。

总体来说，这次实习我受益匪浅。

在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。

在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦

7致谢

最后，我要感谢指导我们的孙活老师和周永强老师，一直以来他们都耐心的指导我，每次遇到问题去问他时，都很耐心的帮助我，细心的帮组我检查电路。

有句话说得好：

老师就是辛勤的园丁，培育着祖国未来的花朵。

而在我的心目中，你们不仅仅是我拉地园丁，更是我们心中的太阳。

你用自己的行动，告诉我什么是真正的无微不至的关怀，当我做错的时候，老师您总会安慰我们，告诉我要细心，有耐心，没谁会一直成功，失败了并不可怕，可怕的失败后就放弃。

老师，我知道，这些错误都是我们自己的不成熟所造成的，而您为了不让我难过和委屈，一直委婉的安慰我，鼓励我。

而您总是轻轻地说一句，没事。

老师，您对我太好了，我们很感动，而且感到很内疚，为了我们，你中午放下午觉的时间，耐心的指导我，老师，您付出太多了，您是我的好老师，好朋友，好伙伴。

你对我的恩情，就像太阳一般，温暖着我，我永远铭记于心，谢谢您，我的好老师。

参考文献：

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电子技术基础数字部分（第四版），高等教育出版社，2000.6，P40-P55

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数字电路逻辑设计（第三版），高等教育出版社1999.9，P106-P128

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韩华琦，CMOS4000系列60种常用集成电路的应用，人民邮电出版社，1993.2，P225-P261

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数字逻辑与数字集成电路（第二版），清华大学出版，2002.8，P114-P117