数电课程设计循环彩灯控制器

课

程

设

计

说

明

书

班级：电子信息0901

学号：0501090108

学生姓名：张亚军

指导教师：曹建生

日期：2011.1.04

绪论

自1879年美国科学家爱迪生发明了白炽灯以来，便结束了人类“黑暗“的历史，给人类以光明，创造了巨大的财富。如今灯光已成为人民生活中必不可少的家用品。而相续发展起来的的循环彩灯也成为时代前沿的时尚艺术，它以现代高科技为基础，随着高技术日新月异的发展，其艺术性和表现力都产生了质的飞跃，实现了艺术上的创新与突破，不断创造出令人惊叹、叫绝的视觉艺术效果，给人们带来了美的享受和心灵上的震撼。

伴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霓虹灯。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、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点而且价格昂贵。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。

利用控制电路可使彩灯按一定的规律不断的改变状态，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）。再由于人们对于物质生活的要求也在逐渐提高，不光是对各种各样的生活电器的需要，也开始在环境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光灯已经不能满足于我们的需要，彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，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。这些不紧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，从原理上使我们对这一设计有所了解。将其确实的与我们生活相联系起来。

课程设计任务书

一．设计题目 : 循环彩灯控制器电路

二．主要内容及要求

(1)共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求按一定顺序和时间关系运行。

(2)动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S 的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。

(3)对各组灯的控制，要求有驱动电路。

(4)对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮每一组，利用视觉暂停，达到跑动的效果。

三．进度安排

1、老师给出选题内容，课程设计的相关要求，指导时间及任务完成期限。

2、根据课程设计内容及要求构造整个设计思路，复习数字电路中触发器、译码器、计数器、译码显示器等部分内容。

3、分析彩灯控制器的组成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引脚排列及功能。进行电路的设计及仿真模拟。

4、根据电路的原理写出设计方案。

5、设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。

应用价值

在家庭装饰、商业区、许多户外广告、公益广告等的灯光布置中经常需要完成彩灯循环点亮以实现灯光动态效果，做到广告、彩灯等作品色彩鲜艳，富有创艺，变化形式丰富，起着宣传和美化环境的作用，营造文明和亮丽氛围，增添人们生活乐趣。彩灯控制现已广泛用于广告、舞厅、商店方面。伴随着经济的发展和夜市的兴起循环彩灯的用途将越来越广，必然是现代都市的发展和人们生活水平提高.

循环彩灯设计

一方案设计与论证

该任务要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。根据此要求电路总体上可以分为三部分：一部分电路为控制0.5s的跑动。一部分电路为控制5s的跑动。一部分电路为实现这两种跑动的循环。因此可以选用两个555多谐振荡器（一个周期为0.5秒，一个为5秒）用来控制跑动的速度，再选两个4017芯片，因为4017芯片在正常工作下，连续送入时钟脉冲时，其十个输出端会依次输出高电平。这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动，用一个4017芯片来点亮5s的跑动。选用一个JK触发器和模拟开关4066芯片来实现循环功能，即用JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭。

二，单元电路设计与参数计算

在整个电路中，其主要的组成部分有：

555定时器和4017芯片组成的 3个一组0.5s依次跑动：

(由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是0.5s)

555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s的

(由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故

仿真时时间可能不是5s)

4066和74LS76组成的一个循环电路：

（本来是要用hc4060+CD4013（D触发器，用它做2分频电路）+32768Hz的晶振组成秒定时，产生秒脉冲来做循环电路的，不过由于其中的芯片没接触过也比较复杂，所以就没用此方案，改为用4066和74LS76组成的循环电路。）

设计过程中各个单元的详细原理、电路图和仿真状态如下：

第一部分电路：实现3个一组红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次跑动一次的电路，电路如下图：

此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端口，而每3个一组的灯都接一个4017的输出端口，这样可控制任务中的9组灯。

电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03，04，05，06，07，08，09）依次为高电平，这样就控制指灯不断的跑动！

第二部分电路：用来实现全部9个一组红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。

电路如下图：

此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端，而每9个亿组的灯都接一个4017的输出端（共接三个），这样可控制任务中的3组灯。

电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03）依次为高电平，这样就控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环！

1：用来实现两种的跑动不断循第三部分电路环。电

路如下图：

此部分电路主要是用一个4066BP芯片和一个74LS76N芯片来现实。4066BP芯片为模拟开关芯片，它集成了四个模拟开关（在此用到两个），每个模拟开关有2个端子，一个为控制端，主要接高电平或低电平，其佘两个端子为输入输出端。当控制接高电平时，开关接通，控制端接低电平时开关断开。74LS76N芯片为集成JK触发器。在此电路中触发器的J ，K 和清零端都接高电平。这样每给触发器一个触发边沿其输出端就翻转一次。Q端接4066BP的一个开关的控制端。Q非接4066BP的另一个开关的控制端。这样可以使4066BP用到的两个开关一个接通时而另一个就断开。而触发器的脉冲输入端接第一部分电路中的4017的第十（09）输出端口和第二部分电路中的4017的03输出端口的或门的结果。而4066模拟开关用到的两个开关的输入端接12V直流电源，其一个开关的输出端接第一部分电路中的555多谐振荡器电源端，别一个开关输出端接第二部分电路中的555多谐振荡器的电源端！这样就实现了若第一部分的电路工作时第二部分电路就不工作。而第二部分电路工作时第一部分电路就不工作。即可实现交替循环工作！

三总原理图及工作过程

1．总原理图

2电路完整工作过程

电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不断的给控制着3组灯（3个一组）的4017芯片送去脉冲，从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。接到高电平的组灯就会发光。这样就实现先红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次0.5s跑动。当最后的绿灯亮完后，即第一部分的单元电路中的4017的第十个输出端（09）输出高电平时，这就给74LS76触发器送去一个脉冲，于

是触发器的Q端就翻转输出低电平使4066模拟开关的一个开关变为断开，从而使第一部分的电路处于不工作状态。而触发器的Q非端同时了输出一个高电平使4066的另一个开关导通，这时第二部分的电路开始运行。这样就使全部红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。而当绿灯全部亮完后，这时第二部分的4017的第四个输出端（03）输出高电平，也给触发器送去一个脉冲。于Q端和Q非端翻转。这样第二部分的4066的模拟开关断开，控制第二部分的模拟开关断开使第二部分的电路不工作。，而控制着第一部分的4066模拟开关导通，使第一部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。如此实现了3个一组先红灯，后黄灯，再绿灯0.5s依次跑动，让后再9个一组，先红灯，后黄灯，再绿灯持续亮5s.如此循环下去。

四安装与调试

1、按照电路图进行接线，按照单元电路设计中的方法连接好每一块电路，然后把每一块接在一起。对每单元电路进行调试，在对每部分电路进行调试时仿真状态跟设计和预想的一样，没什么大问题。

2、把各单元电路接在一起调试时，3个一组隔0.5s 跑动亮的正常，不过9个一组的持续5s的出现错误，就

是0.5s和5s的两个功能电路都一起工作，达不到要设计的要求。

3、把0.5s跑动单元电路中的4017芯片的第十个输出端口和持续亮5s的单元电路中的4017芯片的第四个输出端口用一个或门连起来后就能正常工作了。不过，持续亮5s的功能中，亮黄跟绿灯时会有三个红灯也一起亮的(问题解决不了)。不过总体的功能跟效果还是达到要求。

五结论与心得

通过此次的课程设计，我对电路的设计流程有了一定的了解，对仿真软件也有一定的认识。在调试的过程中遇到打开电源开关的瞬间一个红灯亮0.5S然后所有灯全亮，通过运用检修方法查出是系统内部的问题，改正后恢复正常。所有灯一会正常一会不工作，经仔细检查发现在电源处接触不良，改正后恢复正常。总的来说，本次的课程设计进行的还算顺利，不过对于结果有点不怎么满意，就是持续亮5S的功能有点不完善，但总的结果还算达到了设计要求。本次所用的芯片大部分都是基础的，不过有个别的不怎么了解，不过通过此次课程设计，我对这些未曾接触过的芯片都有一定的认识，对其功能也有一定的了解。比如4066，4017。这次的课程设计是我更加熟悉芯片的功能跟用法，让我更好的运用逻

辑门，使我所学的知识得到巩固，并且这次的设计培养了我的独立思考的能力和操作的能力。

六参考文献

1.《电子技术基础》，康华光主编，高等教育出版社；2梁宗善. 电子技术基础课程设计[M]. 武汉：华中理工大学出版社

3.《数字电路指南》，阮祁忠、蔡声镇编著，福建科学技术出版社

4彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社

5谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）[M].武汉：华中科技大学出版社。