数电专业课程设计.doc

课 程 设 计 报 告

题目 多路彩灯控制器设计

- 第二学期

班 级 电气一班
姓 名 尹星星
学 号 95014014
指导老师 韩芝侠
单 位 宝 鸡 文 理 学 院

年 6 月 24 日
多路彩灯控制器设计

[摘 要] 伴随科学技术发展和人民生活水平提升,在现代生活中, 彩灯作为一个装饰既能够增强大家感观,起到广告宣传作用,又能够增添节日气氛,为大家生活增添亮丽。因为电子技术发展, 应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻方向发展，彩灯作为一个景观应用越来越多。在电子电路设计领域中，电子设计自动化工具已成为关键设计手段，经过对电路控制来控制彩灯改变情况。此次设计是八路彩灯控制器,现代生活中,彩灯已经成为必不可少景观,此次设计本着和实际生活亲密联络标准,叙述了使用数字点知技术设计八路彩灯控制器过程，在设计中使用了振荡电路、显示电路、译码器、计数器、分频器、移位寄存器等多种电路，大大地提升了设计灵活性、可靠性和可扩展性,为大学生愈加好地认识社会提供了很好机会。
[关键词] 自动控制；工作可靠； 彩灯控制器；

1 设计任务和要求
彩灯控制器能够自动控制多路彩灯按不一样节拍循环显示多种灯光变换花型。彩灯控制器是以高低电平来控制彩灯亮灭，彩灯控制采取移位寄存器实现。在实际应用场所彩灯可能是功率较大发光器件，需要加以一定驱动电路。本课题用发光二极管LED模拟彩灯，能够不用驱动，能够实现对八盏LED彩灯简单控制。
现要求设计一个8路移存型彩灯控制器，彩灯用发光二极管LED模拟，具体要求以下：

任务一
（1）彩灯能够自动循环点亮，产生一个流动改变效果，俗称流水灯控制；
（2）彩灯循环显示且频率快慢可调。
（3）该控制电路含有8路输出。

任务二
八个发光二极管（替换彩灯）一字排开，以它们明暗组成彩灯图形，其循环模式为：
（1）彩灯全熄4秒钟；
（2）彩灯自左向右在4秒钟内依次点亮；
（3）彩灯自右向左在4秒钟内依次熄灭；
（4）彩灯全亮4秒钟；

2 总设计
依据题目标任务、要求和性能指标，经过分析和思索，得出以下方案： 整体电路分为三个模块：第一个模块实现节拍发生；第二个模块实现彩灯明暗改变控制；第三个模块实现彩灯改变显示。
主体框图以下：

图1 任务1原理框图 图2 任务2原理框图

在本方案中，各单元电路只实现一个功效。其优点在于：电路设计模块化且各模块功效明确，易于检验电路，对后面电路组装及电路调试带来方便。缺点是：因为设计思想比较简单，元件种类使用少，花型复杂部分就会造成中间单元电路连线过多而易犯错。

3 模块设计
任务1
3.1.1 多谐振荡器设计

多谐振荡器电路采取由555定时器制作而成多谐振荡器制作而成，由一个555定时器、两个电阻、两个二极管、两个电容和若干导线组成。实现输出脉冲信号。任务要求为转换节拍为1s，即8个（彩灯个数）时钟信号总时长为8s，而改变RA、RB大小则能够改变彩灯快慢，选择RA=10kΩ，RB=23.5kΩ，C1=10μF， C2=0.01μF，从而T1+T2=(R2+2R1)C1ln2=1s,使得8（T1+T2）=8s s，1为输出端。其方框图和功效表图3、图4所表示

图3 可变多谐振荡器电路图 图4 555功效表

3.1.2 计数器设计

计数电路关键由一个74LS160十进制计数器及和非门等基础控制电路组成，关键实现对之前时钟信号计数以控制后面状态转换电路。计数器从Q3Q2Q1Q0=0000开始计数，当第7个CP抵达后，计到0111，并不能立即清零，而是要等第7个脉冲上沿到来后，计数器被置 成0000。不会用异步清零端那样出现0110过渡状态，这是和用异步清零端差异。用74LS160设计八进制计数器和功效表图5、图6所表示

图5 八进制计数器电路图 图6 八进制计数器功效表

3．1.3 3-8译码器和显示电路设计

1）3-8译码器
在数字系统中，能将二进制代码翻译成所表示信息电路称为译码器。译码器是一个多输入、多输出组合逻辑电路。它作用是把给定代码进行“翻译”，变成对应状态，使输出通道中对应一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛用途，不仅用于代码转换、终端数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不一样功效可选择不一样种类译码器，此次选择3-8译码器。3-8译码器电路输入变量有三个即D0，D1，D2，输出变量有八个Y0-Y7，对输入变量D0，D1，D2译码，就能确定输出端Y0-Y7输出端变为有效（低电平），从而达成译码目标。其原理图和功效表图7、图8所表示

图7 3-8译码器原理图 图8 3-8译码器功效表

2）显示电路
此次试验显示器为共阳极显示器，显示器com端需要接地，所谓共阳LED 数码管8段 LED 阳极是连在一起，限流电阻要依据电源电压来选择，电源电压5V时可使用430Ω限流电阻。图9所表示
图9 显示电路
任务二
3.2.1多谐振荡器设计

多谐振荡器电路采取由555定时器制作而成多谐振荡器制作而成，由一个555定时器、两个电阻、两个二极管、两个电容和若干导线组成。实现输出脉冲信号。任务要求为转换节拍为0.5s，即8个（彩灯个数）时钟信号时长为0.5s，故选择RA=4kΩ，RB=1kΩ，C1=10μF， C2=0.01μF，从而T1+T2=(R2+2R1)C1ln2=0.0624s,使得8（T1+T2）=0.499s约等于0.5s，1为输出端。其方框图和功效表图10、图11所表示

图10 可变多谐振荡器电路图 图11 555功效表

3.2.2 移位寄存器设计

移位寄存器是一个含有移位功效寄存器，是指寄存器中所存代码能够在移位脉冲作用下依次左移或右移。既能左移又能右移称为双向移位寄存器，只需要改变左、右移位控制信号便可实现双向移位要求。依据移位寄存器存取信息方法不一样分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。移位寄存器应用很广，可组成移位寄存器型计数器：次序脉冲发生器；串行累加器；可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等。此次试验选择两片74LS194组成双向移位寄存器研究移位寄存器，其中 D0、D1、D2、D3为并行输入端；Q0、Q1、Q2、Q3为并输出端；SR为右移串行输入端，SL为左移串行输入端；S1、S0为操作模式控制端；C R为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。CC40194有 5种不一样操作模式：即并行送数寄存，右移（方向由 Q0→Q3），左移（方向由 Q3→Q0），保持及清零。器原理图和功效表图12、图13所表示

图12 双向移位寄存器原理图 图13 双向移位寄存器功效表

3.2.3 八进制计数器设计

八进制计数电路关键由一个74LS160十进制计数器及和非门等基础控制电路组成，关键实现对之前时钟信号计数以控制后面状态转换电路。计数器从Q3Q2Q1Q0=0000开始计数，当第7个CP抵达后，计到0111，并不能立即清零，而是要等第7个脉冲上沿到来后，计数器被置 成0000。不会用异步清零端那样出现0110过渡状态，这是和用异步清零端差异。用74LS160设计八进制计数器原理图和功效表图14、图15所表示

图14 八进制计数器原理图 图15 八进制计数器功效表

3.2.4 模四计数器设计

模四计数器电路关键由一个74LS160十进制计数器及和非门等基础控制电路组成，关键实现对之前时钟信号计数以控制后面状态转换电路。计数器从Q3Q2Q1Q0=0000开始计数，当第3个CP抵达后，计到0011，并不能立即清零，而是要等第3个脉冲上沿到来后，计数器被置 成0000。不会用异步清零端那样出现0010过渡状态，这是和用异步清零端差异。用74LS160设计模四计数器原理图和功效表图16、图17所表示

图16模四计数器原理图 图17 模四计数器功效表

3.2.5 显示电路

此次试验显示器为共阳极显示器，显示器com端需要接地，所谓共阳LED 数码管8段 LED 阳极是连在一起，限流电阻要依据电源电压来选择，电源电压5V时可使用430Ω限流电阻。图18所表示

图18 显示电路

4 设计总原理图
任务一

任务二

5设计总结
经过此次课程设过程中，我有很多心得体会。
第一，学习要知其然，更要知其所以然。 经过试验，我们发觉了很多试验现象不一样于设计时料想。经过在软件中尝 试性修改，我们最终得到了正确设计方法。 不过，我们不仅满足于做出能够正常工作电路。我们分析电路，自行设计小试验验证部件功效。最终，我们充足了解了它，能够从原理上解释多种现象。 在更充足了解电路后，我们能够不再只经过不停试验改善设计方案，而是从理论分析后，从根本上直接处理问题，设计出多种优化设计。 完成这个作品不是真正目标，真正目标是巩固知识，并培养学以致用能力，体会做人做事道理。
第二，细节定成败。 我组在课设过程中，有时运行程序无法模拟实施，但找不到电路连接错误之 处。在其它同学提醒下才发觉是因为子电路合并成总电路时用了复制功效，而使部分元件参考（R）值相同，而无法实施。困扰我们最深往往不是具体知识上掌握问题，而是我们最轻易忽略其它细节。
第三，实践出真知 我们信心满满设计总图初稿在试验以后，被证实是，不仅缺乏优化，而且错误多多。 “纸上得来终觉浅，得悉此事要躬行”。我们经过实践中磨练改善，最终才做出今天作品。实践出真知，我们要在学习理论后，在实践中应用，以理论指导实践，从实践中升华出理论。
第四，要拥有感恩心，知道合作。 我在此要感谢和我同组同学，和其它帮助我们同学，是我们合作，让课设得以完成。我们全部认识到了团体合作含义。 更要感谢为我们认真验收，细心指导老师。 总而言之，此次课程设计不止让我在知识掌握和应用水平上有了显著提升，而且让我明白了很多书本之外做人做事道理。

6参考文件
[1] 江晓安.模拟电子技术[M].北京:高等教育出版社（第3版）,.1.
[2] 江晓安.数字电子技术[M].北京:高等教育出版社（第3版）,.1.
[3] 韩芝侠.数字电路在EDA开发系统上实现方法研究[J].宝鸡文理学院学报(自然科学版),,6(2):57-60.
[4] 韩芝侠.一款工作可靠智力竞赛抢答器电路设计和分析[J].现代电子技术,（20）:29-31.

附录1 需要用到元件引脚图

555引脚图 74LS160引脚图

74LS194引脚图 3-8译码器引脚图