2022年彩灯控制器 .pdf

1 课程设计名称：电子技术课程设计题目：彩灯控制器学期：2013-2014 学年第 2 学期专业：班级：姓名：学号：指导教师：刘桂芬名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 20 页 - - - - - - - - - 3 辽宁工程技术大学课 程设 计成绩评 定 表评定标准评定指标标准评定合格不合格单元电路及整体设计方案合理性正确性创新性仿真或实践是否进行仿真或实践技术指标或性能符合设计要求有完成结果设计报告格式正确内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年月日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器4 课程设计任务书一、设计题目彩灯控制器设计二、设计任务1.有六只 LED 彩灯2.控制顺序是：全亮-奇数灯依次灭 -偶数灯依次灭 -依次亮依次灭-全亮全灭3.彩灯点亮时间为0.5S 。三、设计计划电子技术课程设计共1周。第1天：选题，查资料；第2天：方案分析比较，确定设计方案；第34天：电路原理设计与电路仿真；第5天：编写整理设计说明书。四、设计要求1. 画出整体电路图。2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。3. 写出设计说明书。指 导 教师：刘桂芬名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 20 页 - - - - - - - - - 辽宁工程技术大学电子技术课程设计5 时间：2014 年6月22日摘要本文对如何利用数字电子技术中计数器、555定时器及译码器的知识来实现彩灯以某个顺序的控制及点亮一定时间进行了电路的设计。彩灯控制器的组成为 555定时器构成的多谐振荡电路、 由两片 74160构成的二十一进制计数器、 74194做移位寄存器， 由四片 74LS138 构成的 5-32译码器，与非门以及六只 LED 彩灯。首先利用 555定时器控制点亮时间为 0.5s 。之后利用两片74160构成二十一进制计数器从 0到20来控制彩灯的 21种状态。由于变量过多， 逻辑式化简困难所以采用译码器能到最小项，直接使用最小项进行连接。 最终画出状态图，根据图利用与非门将译码器与LED 彩灯连接起来，即可获得彩灯的控制电路。最终得到的控制顺序是：全亮- 奇数灯依次灭偶数灯依次灭依次亮依次灭全亮全灭。彩灯的点亮时间为0.5S。关键字：彩灯控制；控制顺序；点亮时间名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器6 目录课程设计成绩评定表.3 摘要 .5 综述 .7 1 理论分析设计思路 .8 1.1 设计思路 .8 1.1.1 理论设计 .8 1.1.2 设计框图 .8 1.2 彩灯控制电路的分析 .9 2 电路设计 .9 2.1 部分电路设计 .9 2.1.1 NE555 多谐振荡器 .9 2.1.2 利用 74160 设计二十一进制计数器 .10 2.1.3 利用 74LS138 设计 5-32 译码器 . 11 2.2 整体电路设计 .12 3 芯片资料 .14 3.1 555 定时器的简要说明 .14 3.1.1 555 定时器的电路构造 .14 3.1.2 555 定时器的应用 .15 3.2 同步十进制计数器74160的简要说明 .16 3.3 74LS154, 、74LS138芯片的简要说明 .16 3.3.1 芯片 74LS154 .16 3.3.2 芯片 74LS138 .17 3.4 与非门 .17 结论 .19 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 20 页 - - - - - - - - - 辽宁工程技术大学电子技术课程设计7 参考文献 .20综述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。但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、 不同时间段的需要来调节亮灯时间和变化。通过数字电路控制从而达到彩灯泡发出千姿百态的色彩变化，使用与家庭、宾馆、舞厅、剧院、广告等领域，用途广泛，丰富现代社会生活。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器8 1 理论分析设计思路本章重点在利用图文从理论设计、 设计框图以及彩灯控制电路的分析几个方面简要概况何如利用数字电路设计彩灯控制器。1.1 设计思路1.1.1 理论设计1.1.2 设计框图理论设计使用 protues 进行模拟仿真运行写课程设计报告555定时器构成多谐振荡器74160 构成21进制计数器74LS138(74154)构成译码器与非门、 LED彩灯名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 20 页 - - - - - - - - - 辽宁工程技术大学电子技术课程设计9 1.2 彩灯控制电路的分析从课程设计要求来看， 要求实现彩灯的 21种状态，所以，可以用一个 21进制的计数器， 从0到20来控制这 21种状态。再画出这 21种状态和计数器（ 74160）数字对应的状态图， 计算出逻辑式， 便可实现彩灯的控制。由于变量过多，逻辑式的化简比较困难，所以我们采用译码器来得到最小项，直接用最小项进行连接。题目要求实现时间间隔为 0.5s ， 所以使用了 555定时器构成的多谐振荡器来实现此功能。2 电路设计本章主要展示各部分的电路设计及整体电路的设计。2.1 部分电路设计2.1.1 NE555 多谐振荡器利用NE555构成多谐振荡器，磁脉冲送负责奇数列和偶数列的计数器。输出脉冲的周期为 T=（R1+2R2）Cln2。通过改变 R和C的参数即可改变震荡频率。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器10 图2-1 多谐振荡电路接通电源 Vo=1，T 截止，相当于断开。 Vcc 通过（R1+R2) 对 C充电。当 Vc大于 2/3Vcc 时 Q=Vo=0.T导通，Vc通过电阻 R2对地放电。当 Vc小于 1/3Vcc 时Q=Vo=1 。T断开。Vcc 通过（ R1+R2 ）对 C充电。2.1.2 利用 74160 设计二十一进制计数器使用2块74160扩展成为 21进制计数器， 采用并行进位方式、 整体置数。 因为计数器需要 23种状态（ 0000010100），所以，先用两片 74160连接成 100（1010）进制计数器，然后在输出为10100（20）时，进位。清零信号可作为进位信号输出。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 20 页 - - - - - - - - - 辽宁工程技术大学电子技术课程设计11 图 2-2 74160 构成二十一进制计数器2.1.3 利用 74LS138设计 5-32 译码器设计期间由两种方案方案一：使用 2 片 74LS154连成一个 5-32 译码器。方案二：使用 4 片 74LS138连成一个 5-32 译码器。74LS154有 4 位输入代码，所以第五位输入代码只能借用G1 和 G2输入端。将片二的 D端接至片一的个D输入端，同时将 A,B,C 接至片二的 A,B,C 输入端。将片一的G1 和 G2 通过非门接至片二的G1 和 G2 输入端。当输入DCBA=00000 01111 时便在第一片的M0 M15 依次给出高电平输出信号；当DCBA=10000 11111时便在第二片的输出端M16 M31依次给出高电平。74LS138有 3位输入代码，所以也需要借用其余芯片的输入端。相比于第一种方案操作起来更为麻烦。 但是在实际画图过程中使用的仿真软件protues 中没有芯片 74LS154 。因此在此次设计中使用的时74LS138芯片。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器12 图 2-3 74LS138 构成 5-32 线译码器2.2 整体电路设计由二十一进制计数器输入一个五位二进制数（0000010100），输出彩灯所对应的状态（ 1表示灯亮， 0表示灯灭）。对应的状态图如表2-1 表2-1彩灯状态图A B C D E 最小项L0 L1 L2 L3 L4 L5 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 2 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 3 1 0 1 O 1 0 0 0 1 0 0 4 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 5 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 7 1 0 0 0 0 0 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 20 页 - - - - - - - - - 虞璐青：彩灯控制器13 O 1 0 0 0 8 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 9 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 10 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 11 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 12 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 13 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 14 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 15 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 16 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 17 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 18 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 19 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 20 0 0 0 0 0 0 由表 2-1 得到各个输出对应输出端的逻辑表达式。L0=M0+M1+M2+M3+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M19 L1=M0+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M19 L2=M0+M1+M2+M3+M4+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M19 L3=M0+M1+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M19 L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M19 L5=M0+M1+M2+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M19如图所示为整体电路的设计。图的左上方为由 555构成的多谐振荡器。 将信号传达给由 74160组成的二十一进制计数器。图正中为由四片 74L138构成的 5-32线译码器。右侧部分为由 74LS20 、74LS10 、74LS00 、74LS04 构成的逻辑电路。最终连接LED 彩灯。使彩灯达到控制顺序为全亮 - 奇数灯依次灭 - 偶数灯依次灭 - 依次亮依次灭 - 全亮全灭且彩灯点亮时间为 0.5S。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器14 图 2-4 整体电路设计图3 芯片资料本章主要叙述本次设计所设计到的芯片的基本功能。3.1 555定时器的简要说明3.1.1 555定时器的电路构造555定时器是一种多用途的数字- 模拟混合集成电路，由于使用灵活、方便，所以 555 定时器在波形的产生与变换、 测量与控制、 家用电器， 电子玩具等许多领域都得到了应用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器15 它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻， 一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3图 3-1 555 的电路构造图3.1.2 555定时器的应用 555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。本次设计使用到的为多谐振荡器。其振荡周期为T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2 图 3-2 多谐振荡器电路图及电压波形图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器16 3.2 同步十进制计数器74160 的简要说明60 为可预置的十进制同步计数器，共有54/74160 和 54/74LS160 两种线路结构型式，160的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在 CP上升沿作用下，输出端 Q0 Q3与数据输入端 P0P3一致。对于 54/74160，当 CP由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端CEP 、CET为高电平，则 /PE 应避免由低至高电平的跳变，而 54/74LS160 无此种限制。160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CEP 、CET均为高电平时， 在 CP上升沿作用下 Q0 Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。 对于 54/74160，只有当 CP为高电平时， CEP 、CET才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS160 的 CEP 、CET跳变与 CP无关。160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为 Q0的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。对于 54/74LS160，在 CP出现前，即使 CEP 、CET 、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。图 3-3 为 74160 的引脚图3.3 74LS154,、74LS138芯片的简要说明3.3.1 芯片 74LS154 74LS154为 4线16 线译码器，当选通端（ G1 、G2 ）均为低电平时，可将地址端（ ABCD ）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。如果将G1和 G2中的一个作为数据输入端，由ABCD 对输出寻址， 74LS154还可作 1 线-16线数据分配器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器17 3.3.2 芯片 74LS138 74SL138 为 3 线-8 线译码器， 当一个选通端（ E1）为高电平，另两个选通端（ (/E2) 和/(E3) ）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在 Y0至 Y7对应的输出端以低电平译出。 比如 A2A1A0=110 时，则 Y6输出端输出低电平信号。利用 E1、E2 和 E3 可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。可用在8086 的译码电路中，扩展内存。图 3-4 为 74LS154引脚图3.4 与非门此次设计使用逻辑有与非门（74LS20 ，75LS10 、74LS00)和非门（ 74LS04 ）74LS00 为四组 2 输入端与非门（正逻辑）极限电源电压为7V输入电压；54/7400、 54/74H00、 54/74S00为5.5V； 54/74LS00为7V； AB 间电压除 54/74LS00 外为5.5V。74ls10 是常用的三 3输入与非门电路，在数字电路和单片机系统中常用。这个与非门的逻辑功能是 Y = ABC 。74ls10 可与 7410 74LS10 CT4010 DG74LS10 SD74LS10 等芯片直接代换。74ls20 是一个四输入一输出的与非门组合的芯片，逻辑功能是完成四个输入的逻辑与非计算功能， 1、2、4、5脚输入， 6脚输出， 13、12、10、9脚输入， 8名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器18 脚 输 出 ， 3 、 11 两 个 脚 空 的 ， 7 脚 接 GND， 14 脚 接 Vcc 。图3-5 分别为 74LS20、 30、00的引脚图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器19 结论本设计通过 555芯片构成的多谐振荡器电路； 两片十进制同步 74160芯片构成的21进制计数器；由四片 74LS138 构成的 5线-32线译码器以及与非门 74LS00 、74LS10 、74LS20 和非门 74LS04 实现了按照一定顺序控制在一定时间（0.5s ）内彩灯的点亮和熄灭（全亮 - 奇数灯依次灭 - 偶数灯依次灭 - 依次亮依次灭 -全亮全灭），可以应用于日常生活中的多种场合。电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节， 是真正锻炼学生能力的一个环节。变换多姿多彩花样的各色彩灯点缀了城市的夜空，美化了城市，并且能营造各种不同的气氛。要将彩灯控制系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节显示方式。因此，研究彩灯控制器及扩大其应用，有着非常现实的意义。在此次课程设计中碰到了很多困难, 经过老师和同学的帮助 , 都能够得以解决。使我深深的体会到， 团队合作精神的重要和可贵。其次，在此次课程课程设计中，我知道了个人思路和团队计划的重要性。只有思路清晰才能制定好一个完整严密的计划。 这样即可以节约时间， 也避免了一些不必要的麻烦。先设计好硬件的电路原理图， 再进行仿真。 第一次是不可能成功的， 所以在画电路图和调试时一定要有很好的细心和耐心。通过这次课程设计， 我最大的收获就是自己的动手能力和独立解决问题的能力得到了很大的提高， 也充分体会到了自己设计东西的乐趣、学会查阅资料和对别人的东西融会变通的重要性， 也明白了很多知识光靠趴在书本上学是学不到其中的精髓的，必须亲自去试着实践，亲自去经历才能对它们真正的掌握。最大的收获是更清晰了如何有条理的设计。第一个就是流程图， 原来不以为然的事现在觉得非常的有必要。第二就是绘制电路， 要画一个很复杂的电路首先画那些自己可以很快完成的较简单的内容，对心态也是很有帮助的。 一步一步的完成相应的要求会使自己的心情倍感舒爽而不是一直未能达到要求时的迷茫。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 20 页 - - - - - - - - - 彩灯控制器20 参考文献1 童诗白 . 模拟电子技术基础（第四版）M. 北京：高等教育出版社， 2006. 2 数字设计原理与实践（原书第3版)John F.Wakerly(译者: 林生 金京林 王腾) 机械工业出版社 ,2010. 3 邱关源 罗先觉 . 电路（第五版） M. 北京：高等教育出版社，2006 4 阎 石. 数字电子技术基础（第五版）M. 北京：高等教育出版社， 2006 5 谷树忠 刘文洲 姜航.protues 教程 北京：电子工业出版社， 2010. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 20 页 - - - - - - - - -