循环彩灯控制器课程设计报告Word格式文档下载.docx
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彩灯信号输出部分4
双向移位寄存器74LS194的原理详解4
4硬件调试7
芯片引脚及功能7
芯片NE5557
芯片74LS1948
发光二极管9
5单元电路设计10
555定时电路组成的多谐振荡电路后的示意图10
由74LS194组成的单组控制电路11
电路总图12
实物图13
6硬件调试14
调试步骤14
接通电源观察14
工作开关断开的情况下的调试14
工作开关闭合的情况下的调试14
总结15
致谢16
参考文献17
附录118
总电路图18
附录219
元件清单19
1绪论
项目研究的背景与意义
近年来，由于集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。
19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。
随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色流水灯。
LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。
为了追求“跳跃”而给人凌乱的感觉，不管采用何种色彩，何种图案，都应该有顺序地渐变和跳跃，给受众一种秩序感，主次感、并便于受众顺着有规律的节奏接着看第二次、第三次。
变换、闪烁、跳跃式的霓虹灯为促进销售，为营造欢乐、多姿多彩的生活正越来越受到人们的重视与欢迎。
彩灯控制系统研究的意义
利用控制电路可使彩灯按一定的规律不变的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电（与全部彩灯始终全亮相比）。
近年来，随着人们生活水平的较大提高，不光是对各种各样的生活电器的需要，也开始在环境的优雅方面有了更高的要求。
比如日光灯已不能满足于我们的需要，彩灯的运用已经遍布人们的生活，从歌舞厅到卡拉OK包房，从节日的祝贺到日常生活中的点缀，这些不仅说明了我们对生活的要求有了质的飞跃，也说明科技在现实运用中有了较大的发展，在这一设计中我们将涉及有关彩灯控制器的设计，从原理上，是我们对这一设计有所了解，将其确实的与我们联系起来。
根据市场需求的调查显示，许多商业广告、公益广告、娱乐场所等，大多采用循环彩灯控制器的形式。
它们通过巧妙构思与创作，做到广告、彩灯等作品色彩鲜艳，富有创意，变化形式丰富，起着宣传和美化环境的作用，营造文明亮丽氛围，总体来说彩灯控制电路运用极其广泛
国内外研究发现展
查阅相关资料可知，国内外现今彩灯循环控制主要由以下方法：
采用单片机或DSP控制，单片机与DSP在通信、信号处理、自动化等诸多领域有着极其广泛的应用。
对单片机或DSP芯片编写程序来实现对彩灯的控制，具有控制方便灵活，显示多种多样，外围电路少等优点。
采用CPLD或FPGA控制。
CPLD与FPGA均是基于硬件描述语言的编程，具有单片机和DSP处理器相同的优点，但实现成本相对较高。
采用数字集成电路，由于集成度高、功能强大、所需器件少、成本低等诸多优点，所以集成电路在各种电子设备中得到了非常广泛的应用。
简易彩灯循环控制器
设计主要内容及要求
1）简要说明
设计简易彩灯循环控制器，此控制器实现彩灯点亮的一些动态效果。
设置红绿黄3种颜色灯为一组，共9组。
2）任务和要求
（1）彩灯自左到右渐亮至全亮；
（2）彩灯自左到右渐灭至全灭；
（3）彩灯自右到左渐亮至全亮；
（4）彩灯自右到左渐灭至全灭；
（5）彩灯全亮与彩灯全灭；
（6）每个灯循环亮，跑一次；
（7）按颜色循环，全部红亮，一次绿和黄，时间间隔5s；
（8）写出设计步骤，画出最简的逻辑电路图；
（9）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求；
（10）安装并测试电路的逻辑功能。
3）训练目标
熟练使用proteus软件仿真，具备数字电子技术制作初步能力，通过完成本课题的硬件设计，使同学们了解数字电路整个开发流程。
3系统设计
概述
彩灯信号输出部分
为实现27路彩灯输出，本案例选用9块集成电路译码器74194进行控制信号的输出。
图彩灯信号输出部分
每个74194输出一组彩灯红、绿、黄，将Q3接到下一个芯片的2脚即SR
端，将Q1接到上一个芯片的7脚即SL端。
双向移位寄存器74LS194的原理详解
本案中采用了九块集成电路双向移位寄存器74LS194，用以九组彩灯进行控制，达到实现多种亮法的目的。
图74LS194引脚图
图74LS194功能表
MR：
数据清零端，低电平有效
D0~D3：
并行数据输入端
Q0~Q3：
数据输出端
SR：
右移串行数据输入端
SL:
左移串行数据输入端
S0~S1:
运行方式控制
S0=S1=1：
数据并行输入
S1=0,S0=1:
数据右移输入
S1=1,S0=0：
数据左移输入
S1=S0=0:
寄存器处于保持状态
CLK：
时钟脉冲输入端，上升沿有效
由此可见：
74HC194具有并行输入，串行左移输入，串行右移输入。
使用时只要将MR处于高电平，然后选择控制方式,如果要选用并行输入，将S0,S1分别置1，然后给D3~D0数据，给CP一个上升沿，这样数据就被写到了输出端Q3~Q0了。
CP相当于一个锁存信号控制，给一个上升沿，输出与输入同步，不给上升沿，输出保持。
如果要选用串行左移输入，只要将S0=0，S1=1，然后给SR数据a，之后CP输出一个上升沿，就写入一个SR到D0，接着给SR数据b，CP输出一个上升沿，这样数据b又写入了D0，D0的值给了D1，这样依次移位。
达到串行输入的目的。
如果输出数据要取消的话可以用MR置0的方式。
4硬件调试
芯片引脚及功能
芯片NE555
图NE555引脚图
引脚说明：
1脚（GND）是接地端；
2脚（TR）称为触发器；
3脚（VO）是输出端，它有0和1两种状态；
4脚（MR）是复位端，加上低电平时可是输出为低电平；
5脚（VC）是控制电压端，可用它改变上下触发电平值；
6脚（TH）称阈值端；
7脚（DIS）是放电端，他是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由放电端的状态决定；
8脚（VCC）是电源端。
输入
输出
X
导通
1
不变
截止
图NE555逻辑功能表
本次设计通过使用555多谐振荡器完成信号的输入和时钟脉冲，第一个震荡出10HZ频率的脉冲用来当做整个设计的时钟脉冲即CP，第二个用可调占空比的多谐振荡器产生周期为5秒的方波用来输入74LS194的SR脚和SL脚控制的灯亮和灯灭，保证27个彩灯渐亮到全亮，渐灭到全灭。
芯片74LS194
把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，就可进行循环移位，如图所示，把输出端Q0和右移串行输入端Sr相连接，设初始状为0000，则在时钟脉冲作用下，将一次变为1000，再变为0100，之后0010，最后0001，可见它是一个具有四种有效状态的计数器，这种类型的计数器通常称为环形计数器，该图电路可由各个输出端输出时间上的先后顺序的脉冲，因此也可成为顺序脉冲发生器。
图74LS194构成8位移位寄存器
发光二极管
发光二极管是半导体二极管中的一种，可以把电能转化成光能，常简写为LED。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和自N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短，常用的是发红光，绿光或黄光的二极管。
图发光二极管
5单元电路设计
555定时电路组成的多谐振荡电路后的示意图
图555产生连续时钟脉冲信号电路
n
图555可调占空比电路
由74LS194组成的单组控制电路
图单个移位寄存器仿真图
图为在仿真软件Proteus中进行仿真的示意图，脉冲信号为时钟脉冲信号。
如图S1S0都为低电平时处于保持状态。
S1S0=01实现右移位
S1S0=10实现左移动
S1S0=00实现保持功能
S1S0=11实现置数功能
电路总图
图总体电路图
从电路图的设计，项目编译，拟真，至最后的下载运行，本案成功地达到了课设的要求。
本案可现实四种彩灯亮法，该四种方法用两个开关INPUT1和2控制：
（1）00状态下：
输出保持状态，即保持全亮全灭；
（2）01状态下：
从右向左依次亮到全亮，在依次灭到全灭；
（3）11状态下：
从左向右依次亮到全亮，在依次灭到全灭；
（4）10状态下：
16路彩灯连续闪烁；
（5）电路具有总开关“EN”，置1工作；
（6）电路具有清零开关CLEAR。
实物图
6硬件调试
调试步骤
检查电路.
对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或短接，然后检查各芯片是否安装牢固，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现象。
接通电源观察
在做好第一步的基础上进行下一步。
接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，按第一步重新检查电路对出现事故的电路部分进行着重的检查，直至发现并排除错误。
工作开关断开的情况下的调试
当第二步完成后，在断开开关的情况下用一个发光二极管检测脉冲信号的输出，各芯片的初始输出是否正确，如果存在问题，查找出原因并解决。
工作开关闭合的情况下的调试
闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。
调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。
总结
课程设计刚开始时，拿着选定的题目不知如何入手。
毕竟课程设计不同于实验课，电路图和程序都要自己设计。
静下心来，仔细分析题目，再加上指导老师的说明与提示和同组成员的帮助，心中才有了谱。
将整个系统根据不同的功能划分成模块，在分别进行设计，逐个攻破，最后将其整合即可。
层次概念对于设计复杂的数字系统是非常有用的，它使得我们可以从简单的单元入手，逐渐构成庞大而复杂的系统。
实验表明，此设计方法能够满足不同花样的变化要求，但是实验中也出现了一些不熟练的操作问题和一些复杂的程序的不能完全理解都需要我在平时多学习，进一步完善自己。
在课设中经常遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人身上学到很多。
在老师的合理安排和悉心指导下，我按时完成了课程设计的题目。
在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思路，其他人的设计一定有比你出色的地方。
通过这次课程设计，使我受益颇多。
我通过查阅大量的资料，和同学交流经验，向老并师请教，使自己收获颇多，不但懂得了设计的原理和方案，还可以让我在这次的设计中知道了许多我以前不懂的地方，知道每一项的成就都不是那么容易的，每个成功的人后面必定会付出了比我们想象的更多的辛劳，所以，在今后的日子里，我将会将我懂得的很多道理应用到实际生活中去，那么将会更加培养了我的能力，无论是在哪些方面。
也了解到课程实习设计是开端，链接是关键，测试时必须。
即巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。
在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学的分析实际问题，通过查资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。
同时，也培养了我认真严谨的态度。
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，也使我对抽象的理论有了具体的认识。
同时又是一门讲道课，一门辩思课，让我深刻的认识到，面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，才能成功。
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。
劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。
我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解，在这里对辛勤付出的老师表示衷心的感谢。
致谢
在这一周的课程设计中，感谢老师悉心的指导，感谢同学热心的帮助，还有小组同学的共同努力。
我能顺利完成课设离不开老师悉心的指导和严格要求以及同学们的热情帮助。
我要对老师严谨的治学态度和认真负责的工作精神表示崇高的敬意，并对他在繁忙的工作中抽出宝贵时间悉心指导我的论文表示最诚挚的感谢。
作为沈阳工程学院的一名学生，日后，我也必将时刻谨记“精工博学，明德自知”的校训，努力学习老师严谨治学的态度，做一名合格的大学生。
在此再次感谢那些在课设中帮助过我的人。
参考文献
[1]康光华，邹寿彬.电子技术基础-数字部分（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[2]邓勇.数字电路设计完全手册[M].北京：
国防工业出版社，2001.
[3]赵六俊，金良玉.数字电路与辑设计[M].北京：
北京邮电大学出版社，1995.
[4]章忠全.电子技术基础：
实验与课程设计[M].北京：
中国电力工业出版社，1999.
附录1
总电路图
附录2
元件清单
器件
型号
数量
LED灯
5050
27个
定时器
NE555
2个
双向移位寄存器
74LS194
9个
电阻
10K
1K
29个
电位器
电容
103
2200uf
1个
拨码开关
HJ10-DS-02-E
二极管
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