课程设计八路彩灯.docx

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1、课程设计八路彩灯1前言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。在设计中更多的使用中，规模集成电路，不仅能够减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。因而用集成电路来实现更多更复杂的器件功能则成为必然。随着社会市场经济的不断繁荣和发展，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出如今城市中。在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多为采用霓虹灯电路则不能胜任。在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作形式而言，做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来到达效果。这些灯的控制

2、设备多为数字电路。而在当代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其变化多、功率大，数字长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换经过，因而可用开关直接控制，不需经过复杂的编程。流水灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作经过中周期性地花样变化。这种多彩灯控制器电路可靠性，灵敏性高，使用范围广，十分合适中小城市的交通灯、霓虹灯等的应用。而且，它对其他类似系统的开发具有一定的借鉴意义。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

3、建筑物已经成为一种时髦。彩灯广泛应用于流水灯、跑马灯、鸳鸯戏水灯、流水灯。此课题设计具有很大现实意义，LED彩灯广泛应用于商业街广告灯，可以作为歌厅、酒吧照明灯，在超大屏LED设计中也应用了此类的设计思想，随着近几年LED技术的不断发展LED发光亮度得到了很大提高。本课题内容属于软件电路的设计与应用方面，实现经过包括总体方案的提出比拟及选择、电路原理设计、元器件芯片参数计算。针对如今彩灯的广泛应用，可见彩灯循环是今后提高节假日气氛的重要因素之一，它的发展深度将更为广泛，使用率将会大幅度提高。本课题设计的八路彩灯循环控制电路，在今后的生活中，在投入生产时，能够是多路彩灯，将集成芯片级联使用，扩展

4、其功能。本设计是由时钟信号发生器电路、序列信号发生器电路和移位输出显示电路组成。负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形，将会更为广泛的应用。2.总体方案设计21方案比拟方案一:本方案主要由555多谐振荡器，两片74LS194移位寄存器，两片74LS161同步计数器等组成。55多谐振荡器组成的信号脉冲源作为74LS161计数器、74LS194移位寄存器的CLK连续脉冲信号。通过改变电阻、电容的大小，能够改变74LS161计数器的计数快慢程度，74LS161计数器充当控制电路的核心器件，控制节拍和分频。使用两片74LS194构成了8位双向移位寄存器，用74LS

5、194移位寄存器直接驱动发光二极管工作。脉冲信号发生控制器驱动器发光二极管器方案一方框图方案二：本方案是由555定时器、749090计数器、74138译码器和74ls794移位寄存器组成。7490计数器和74138译码器及74194移位寄存器的时钟信号由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即可改变计数器的计数快慢，即可控制彩灯闪烁快慢，计数器的输出信号输入至74138译码器，由74138译码。根据计数器输出不同的计数结果，即可控制74138译码器译码得到8种不同的输出信号，决定控制彩灯的循环变化。74138的输出接在74198的八个数据输入端，能够控制彩灯的循环移位的方向，即左移和右移。

6、当计数器清零时，能够实现全灭功能。信号发生器分频电路节拍控制电路节拍执行电路彩灯显示电路方案二方框图方案三：本方案是由555组成的多谐振荡器作为信号的脉冲发生器，74161计数器和74153双向数据选择器组成的序列信号发生器以及移位输出显示电路所共同组成。555多谐振荡器组成的信号脉冲源作为74161计数器、74194移位寄存器的clk连续脉冲信号。通过改变电阻、电容的大小，能够改变74161计数器的计数快慢程度，74161的输出端：Q0Q1作为74153的S0S1,Q2控制74153的两个使能端。74153的两个输出端连接一个二输入的与非门，它的输出通过连接两个SWDIP-4接入74194的

7、数据输入端，74194的两个芯片的S1S0通过SWDIP-2开关接电源以及电阻到地。改变SWDIP-2的通断状态，能够实现预置数，右移、左移的功能。脉冲信号发生器分频电路节拍执行电路节拍控制电路方案三方框图脉冲信号发生器2.2方案论证方案一：该方案简洁明了，555多谐振荡器发出脉冲型号，74LS161同步计数器控制，194寄存器驱动以此实现彩灯控制。方案二：该系统是利用555多谐振荡器和7490计数器以及138译码器和74194移位寄存器的彩灯显示功能。555发出脉冲信号，移位寄存器由计数器和译码器控制，1s的时间间隔，让彩灯实现间亮间灭的功能方案三：该方案是使用555振荡脉冲电路和循环移位控

8、制电路以及彩灯显示电路实现它的左移、右移、全亮、全灭的效果的循环、还有就是在实现各功能之前时的预置数功能，此系统都是通过开关控制的，比拟方便。2.3方案选择方案一与方案二，三最大的的不同在于控制电路，方案一中的分频和节拍控制是作为一个经过同时实现，而方案二，三分频电路和节拍控制电路是不同经过中实现。相对来讲方案一愈加简洁，一目了然。所以我选择方案一。3单元模块电路设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1时钟信号发生器主要用来产生脉冲信号。由于流水灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就能够了，且脉冲信号的频率可调，所以能够采用555组成多谐振荡器，其输出脉冲作为下一级的时钟信号。555

9、定时器构成多谐振荡器，组成信号产生电路接通电源后，VCC通过电阻R1、R2给电容C充电，充电时间常数为R1+R2，电容上的电压vC按指数规律上升，当上升到VREF1=2VCC/3时，比拟器C1输出高电平，C2输出低电平，RS=10，触发器被复位，放电管T28导通，此时v0输出低电平，电容C开场通过R2放电，放电时间常数约为R2C，vC下降，当下降到VREF2=VCC/3时，比拟器C1输出低电平，C2输出高电平，RS=01，触发器被置位，放电管T28截止，V0输出高电平，电容C又开场充电，当VC上升到时VREF1=2VCC/3，触发器又开场翻转。如此周而复始，输出矩形脉冲。如图3.1信号发生器原

10、理图。由于输出波形中低电平的持续时间，即电容放电时间为tw2=0.7R2C低电平的持续时间，即电容放电时间为tw1=0.7(R1+R2)C因而电路输出矩形脉冲的周期为T=tw1+tw2=0.7(R1+2R2)C输出矩形脉冲的占空比为q=tw1T=R1+R2R1+2R2当R2R1时，占空比近似为50%。电容取：4.7f0.01f电阻取：R2=150kR1=4.7k图3.1按一下运行键后，可看见输出端是出现高低电平交替，时间间隔是由电路中的电容和电阻决定。由于课程设计的任务中要求时间间隔为一秒，因而在仿真时，电阻和电容值还需要改变。进而改变频率，将脉冲信号输出如图3.2多谐振荡器产生实验所需的一秒

11、中脉冲信号。图3.23.1.2控制电路由两片74LS161计数器级联而成以实现节拍控制和分频作用。第一片74LS161的时钟信号接555多谢振荡器产生的，第二片74LS161的时钟信号接到前一片74LS161的进位端。显示电路启动后首先右移，从逐次点亮至全亮，逐次熄灭共需要16个CP脉冲触发，然后进入左移，灯亮暗情况跟右移情况一样，最后进入闪烁阶段，又经过4个CP脉冲。此后重复上述经过，一个周期需要36个CP脉冲。由两片74LS161计数器来控制8位移位寄存器的工作的三个工作状态左移S1S0=10右移S1S0=01置数S1S0=1，以及控制寄存器串行数据输入和并行数据输入。如图3.3所示,当开

12、启按钮时开场工作。图3.4为在秒脉冲下S1S0一个周期的的输出波形，S1S0=01持续16秒，S1S0=10持续16秒S1S0=11持续4秒。图3.5表3.1花型11Hz花型21Hz花型31Hz10000000000000011111111111000000000000110000000011100000000001111111111111110000000011110000000011111000000111111111110000111111111111100111111111111111111111110111111111111110001111111111110000011111111

13、1100000001111111100000000011111100000000000111100000000000001100000000000000000000000CPQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7图3.6图3.6中Q0到Q3为图3.5中U3这个74LS194的输出端，Q4到Q7为图3.5中U4这个74LS194的输出端。3.1.4电源电路模块的设计电路中只用到了正5V电源，使用的正5V的电源由直流稳压电源产生，直流稳压电源主要由220V的家用电压、变压器、二极管桥堆和三端集成稳压器LM7805产生的。而LM7805作为其中的核心器件。其中的二极桥堆是一种电子原件，内部由多个二极管组成

14、，主要作用是整流，调整电流方向，桥堆构成的桥式整流电路与四只二极管构成的整流电路一样，它的内电路为四只接成桥式电路的整流二极管。而LM7805作为其中的核心器件，LM7805它有输入端、输出端、和公共引脚端，内部由启动电路、基准电压电路、取样比拟放大电路、调整和保护电路组成。LM7805属于LM78*系列，LM7805就表示产生+5V电压，而产生-5V的电压用的是LM7905产生本设计未用到。电源电路图见附录1。3.2.1555定时器脉冲信号发生器是由555定时器连接而成，555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，555定时器的电源电压范围宽，可

15、在4.5V16V工作，7555可在18V工作，输出驱动电流约为200mA，因此其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容工作电压为+5v555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就能够实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面它内部包括两个电压比拟器，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。555定时器的功能主要由两个比拟器决定。两个比拟器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空则电压比拟

16、器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比拟器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。假如阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.516V，CMOS型时基电路VCC的范围为318V，一般用5V。还有8个管脚，3脚输出端Vo，2脚低触发端，6脚TH高触发端，4脚是直接清零端。当清零端端接低电平，则时基电路不工作，此时不管、TH处于何电平，时基电路输出为“0，该端不用时应接高电平。5脚VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比拟器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚放电端，该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。图3.7所示是555的引脚排列情况，表3.2是它的引脚功能。图3.7此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。