彩灯循环控制器设计

课程设计(论文)

题目名称循环彩灯控制器设计

课程名称电子技术课程设计

学生姓名

学号

系、专业电气工程系、电气工程及其自动化指导教师

2011年12月16 日

I

邵阳学院课程设计（论文）任务书

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

II

指导教师（签字）：学生（签字）：

III

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名学号

系电气工程系专业班级09电气工程及其自动化专业题目名称循环彩灯控制器的设计课程名称电子技术课程设计

一、学生自我总结

二、指导教师评定

注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

IV

摘要

当今社会，经济发展迅速，人们对周围环境的要求也越来越高。人们渴望在一个多姿的环境中生活，那样也不会太单调寂寞。霓虹灯以它炫彩的英姿征服了人们的眼球，为人们的生活添姿加彩。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，以往死寂般的夜空也开始变得鲜活。

霓虹灯发展到现在已经慢慢的融入到了我们生活的点点滴滴，在我们习以为常的环境中，变换着它们的色彩，绚烂着人们的生活。本次实验设计中我们在原有的基础上改进，设计这款彩灯循环发光控制器，通过对NE555集成时基电路和计数器／译码分配器CD4017等集成块的合理组建，实现了对彩灯的循环发光控制功能。

关键词：计数器；数据选择器；移位寄存器；彩灯显示电路

V

目录

摘要.......................................................................................................................................... I 1. 设计概绪 .. (1)

1.1实验目的 (1)

1.2设计题目与思路 (1)

2.总体方案的设计 (2)

2.1 时钟脉冲 (2)

2.2 定时控制 (2)

3.系统硬件设计 (3)

3.1 硬件的选择及相关参数的确定 (3)

3.2单元电路模块设计 (5)

3.3 彩灯显示电路模块 (6)

3.4总体电路图 (6)

4. 问题和故障分析 (8)

总结 (9)

参考文献 (10)

附录 (11)

致谢 (12)

1. 设计概绪

1.1实验目的

通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。

1.2设计题目与思路

本次数字电路课程设计我选择的题目是“多路彩灯控制器”。

这个系统的主要功能是：

(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。

本设计是设计一个彩灯控制器，我们可以从当今的社会明显的看出，它具有相当大的实用价值，因为现在的很多广告霓虹灯就是由很多的各式各样的彩灯组成的，具有很强的视觉效果。如果能掌握彩灯的控制技术，这将是对我们已后的发展都有很大的帮助的。

同时，作为设计的一门课程，电子技术课程设计是电气工程及自动化专业的一个重要的实践性教学环节，是对已学模拟电子技术、数字电子技术知识的综合性训练，是对所学知识的一种综合应用。这种训练是通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成，着重培养学生工程实践的动手能力、创新能力和进行综合设计的能力，并要求能设计出完整的电路或产品，从而为以后从事电子电路设计、研制电子产品奠定坚实的基础。

1

2

2.总体方案的设计

2.1 时钟脉冲

我们可以直接通过某一在时钟脉冲下，能够产生任务书中设计要求的脉冲即如下：0000 0000 —— 0000 0001 —— 0000 0010 —— 0000 0011 —— 0000 0100 —— 0000 0101 —— 0000 0110 —— 0000 0111 —— 0000 1000 ——0000 1001—— 0000 1010 —— 0000 1011 —— 0000 1100 —— 0000 1101—— 0000 1110 —— 0000 1111 —— 0001 0000依次控制74138芯片的的输入，同时每一个状态都有一个输出，其对应的有三种状态，即：0000 0000 是开始的三个红灯亮，0000 0001 就是三个绿灯亮，0000 0010是三个黄灯亮，以后的时钟依次循环控制这三种颜色的灯。27盏灯第一次亮完之后，就用另外的一个74138控制红、黄、绿灯全亮的时钟脉冲,即：0000 —— 0001 ——0010 ——0011 ---0100，0000控制全是红灯亮，0001全是绿灯亮，0011全是黄灯亮。

2.2 定时控制

本设计用了两个555定时器，第一个产生一个周期为0.5秒的脉冲，控制在每组彩灯循环亮的时候的时间间隔，第二个用了一个周期为5秒的脉冲，控制三色彩灯依次循环亮完之后的全是红灯亮或绿灯亮或黄灯亮的时间间隔。

2.3 设计框图

如下图2-1所示：

图2-1 设计框图

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3.系统硬件设计

3.1 硬件的选择及相关参数的确定

在这里，我对主要的芯片做一下选择，对其功能表进行简要的介绍，其它一些元器件的选择及简要介绍见附录A 。 3.1.1 74138芯片

74138是最常用的集成译码器之一，它有3个译码输入A 2、A 1和A 0，8个输

出端Y 0~Y 7，因此又称为3-8线译码器。它有3个控制输入端ST B 、ST C 和ST A ，当ST B =ST C =0，ST A =1时，译码器处于工作状态，否则译码器被禁止（即译码器不工作）。其功能表如下表3-1如示。我选它主要是要用它完成花样一的工作，因为它可以在控制端都使能时根据A 端的输入来选择某一个输出，这样就可以达到亮一个灯的目的，当我把控制端某一个不使能时，就不能输出，这样又可以达到灭一个灯的目的，所以当控制端使能与不使能交替变化时就可以达到一亮一灭的花样，再加上A 端的变化，则可以实现依次亮灭的要求。 3.1.2 74161芯片

74161是同步二进制可预置数集成计数器，功能表如下表3-2所示。74161计

数翻转是在时钟信号上的升沿完成的，CR ——

是异步清0信号，CT P 、CT T 是使能控制信号，LD ——

是置数信号，D 0、D 1、D 2、D 3是4个数据输入信号，C0是进位输信号

C0=Q 3Q 2Q 1Q 0CT T ，当Q 3~Q 0及CT T 均为1时，C0=1，产生正进位脉冲。74161

有清除、送数、保持及计数功能。我选它主要是用来产生供74183译码器的输入端的A 信号。

表3-2 74161功能表

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3.1.3 555芯片

555定时器是一种中规模集成电路，目前在仪器、仪表和自动化控制装置中应

用很广。它可以组成定时、延时和脉冲调制等各种电路。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。它也常作为定时器泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。其功能表如表3-3所示，其内部结构如图3-4所示，外引脚排列如图

3-5所示。在本设计中，我用到的是由555构成的多谐振荡器，用以发生一个2Hz 和0.2HZ 的脉冲。

表3-3 555定时器功能表

555定时器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，一个管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。

图3-4 555定时器内部结构图

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图3-5 555定时器引脚图

3.2单元电路模块设计

1. 脉冲发生电路模块1如图3-6所示。

图3-6 脉冲发生电路1

上图中的核心芯片就是中间的555芯片，它上它上方的一个5V 直流电源来供电，两个定值电阻的阻值分别为R 1 20K 和R 230K ，和电阻。图中的电容为一个10u 的电容，是一个一个隔离电容，把CV 端与外界隔开。高低脉冲时间的计算公式为T2=0.693R 2C 和T1=0.693（R 1+R 2）C ，占空比是大于50%。最终，由Q 点来输出频率为2Hz 的脉冲。

2. 脉冲发生电路模块2如图3-7所示。

它上它上方的一个5V 直流电源来供电，两个定值电阻的阻值分别为R 1 20K 和R 230K ，和电阻。图中的电容为一个100u 的电容，也是一个一个隔离电容，把CV 端与外界隔开。由Q 点来输出频率为0.2Hz 的脉冲。

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图3-7 脉冲发生电路2

3.3 彩灯显示电路模块

彩灯显示电路模块如图3-8所示：

图3-8 彩灯显示电路

此显示电路比较简单。从图中可以看出，此彩灯的接法为共阳极接法，当彩灯另一端为一个低电平时，彩灯被点亮；当彩灯另一端为一个高电平时，彩灯被熄灭。所以只要给彩灯的另一端接相应的电平时，就可以实现彩灯的点亮和熄灭控制，进一步就可实现花样的实现。每三个一组，第一组是三个红灯，第二组是三个绿灯，第三组是三个黄灯，以后的灯依次循环。

3.4总体电路图

总电路设计图如下图3-9所示：

图3-9 总电路设计图

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4. 问题和故障分析

在电路组装过程中，遇到的最大问题是，当时设计时考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多“特长线”。不但影响布线速度，而且也会给后来的调试带来不必要的麻烦。当时已经布线不少，不可能重新开始，再三权衡，最后只移动了一个芯片，问题就得到了很大改善。其次就是布线，因为要求不准交叉，且横平竖直，所以在保证连通的情况下，在布线上也下了不少工夫。调试过程中，第一轮用万用表欧姆档测试，就遇了实验板上有插孔不通的情况，导致芯片不能正常工作。相对于别的办法，我选择了导线显式连通，因为其更明晰，更易实现。对于高阻导线则只能换掉。第二轮接电后，用万用表的电压档测试单元电路的状态。在整个调试完成后，却遇到的新问题：彩灯演示时有时正常有时混乱。在排除其它可能的情况下，我仔细检查各端子的连接情况，发现清“0”端在清“0”后悬空了。将其插到电源正极后，发现问题解决了。

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总结

终于完成了数电课程设计，我感到很是开心，很满足，因为自己动手，把书本上的知识学以致用，感觉很有成就感。

课程设计刚开始，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，心中才有了谱。将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合即可。

在设计过程中，既有用过的芯片，又有没用过的，只能自己查表，分析功能。即学即用。最后调试阶段，哪怕一个小小的错误也会使结果出不来。只好一条线一条线地查，一个孔一个孔地测。结果终于出来了，又发现有的地方还应改进。如快慢节拍不是很明显，花型比较简单，且555产生的时钟信号频率太小等等。

通过这次课程设计，使我受益颇多。既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，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析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工作作风。

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参考文献

[1]主编张克农.《数字电子技术.》高教出版社出版.第一版.2006.

[2]彭介华主编.《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年.

[3]曾建唐主编.《电工电子基础实践教程》.机械工业出版社.2002.

[4]康光华主编.《电子技术基础》.高教出版社出版.第四版.1999.

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附录

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致谢

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

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