节日彩灯控制电路设计报告

设计报告书多花型双节拍彩灯摘要：彩灯控制器是用来使彩灯按照一定的形式和规律闪亮，起到烘托节日氛围、吸引公众注意力的作用，应用前景较为广泛。

彩灯控制器实现方法多种多样，本次设计的这台彩灯控制器主要功能有：（1）可以控制8路彩灯或彩灯串；（2）既可以向左（逆时针）移动，也可以向右（顺时针）移动，还可以左右交替移动；（3）彩灯起始状态可以预置；（4）移动速度和左右交替速度可调节；（5）控制电路与负载（可以直接使用交流220V市电的彩灯）完全隔离。

关键词：彩灯控制器、速度可调、市电彩灯目录一、作品设计要求 (3)1．设计要求 (3)2．设计步骤 (3)3．报告要求 (3)二、作品设计原理分析 (3)1．系统设计框图 (3)2．分模块电路原理分析 (4)三、作品调试及仿真 (8)1．作品调试 (8)2．作品仿真 (8)四、作品设计制作总结 (15)1．设计总结 (15)2．创新改进意见 (16)五、参考文献 (17)附录1：系统电路总图 (18)多花型双节拍彩灯一、作品设计要求1．设计要求：（1）设计一个八路彩灯，要以0.25秒和0.5秒两种节拍运行。

（2）三种不同的花型，自行设计。

2．设计步骤：（1）要有设计框图、采用层次的设计，分模块设计。

（2）原理图法和文本法均可。

（3）仿真（功能仿真和时序仿真）3．报告要求：（1）将完成的设计原理图和分层的设计文件总结出来。

（2）说明实验结果，从.RPT中抄写资源使用情况。

（3）打印出传真泼型。

说明设计结果。

（4）总结经验教训。

提出建设性的意见。

二、作品设计原理分析1．系统设计框图经过多种设计方案的比较和论证，最终选择了以双向移位寄存器74LS194芯片为核心的设计方法。

系统设计框图如下：图1 系统设计框图（1）整个电路系统以双向移位寄存器为核心；（2）彩灯初值设定电路由开关和下拉电阻构成，8个开关分别接于双向移位寄存器的并行置数端用于设定移位寄存器的初值；（3）移位脉冲发生器是将555定时器接成多谐振荡电路，通过调整充电电容及电阻的大小可以改变脉冲频率，脉冲频率决定彩灯移动的速度；（4）花样选择电路由一个单刀三掷开关和一个555定时器构成，单刀三掷开关用于选择彩灯左移、右移、左右交替移动三种花样。

555定时器用于定时的输出高低电平来选择左右交替移动的时间。

（5）彩灯控制电路由三极管、继电器和灯泡组成。

用移位寄存器的并行输出端控制三极管的导通或截止，从而控制继电器的工作状态，控制灯泡有规律的点亮或熄灭。

（6）电源电路2．分模块电路原理分析（1）移位寄存及初值设定电路移位寄存及初值设定电路如图2。

图2 移位寄存及初值设定电路电路运用两片双向4位移位寄存器74LS194，将U1的右移输入端DSR与U2的输出端Q3相连；U1的左移输入端DSL与U2的输出端Q0相连；U2的右移输入端DSR与U1的输出端Q3相连；U2的左移输入端DSL与U1的输出端Q0相连，使U1、U2构成一个8位的双向移位寄存器，用于控制8路彩灯。

另外74LS194的第一引脚MR为置0端，低电平有效，所以需要将其与电源相连，以避免置0。

用两个4P的拨码开关和8个1K的下拉电阻构成初值设置电路与移位寄存器的并行置数端P0—P3连接。

当拨码开关短接时，直接将电源短接至并行置数端，则移位寄存器相应的置数端口为高电平；若拨码开关断开，则并行置数端在下拉电阻的作用下被设置为低电平。

（2）脉冲产生电路脉冲产生电路如图3。

图3 脉冲产生电路脉冲产生电路由555定时器组成，将555芯片的第2脚和第6脚短接，构成多谐振荡电路，这时芯片输出引脚第3脚将输出频率稳定的脉冲信号。

脉冲信号的频率可以通过调节充电电容和电阻的大小来改变。

电容容值和电阻阻值的大小与输出脉冲周期的关系可以由下式计算得出：T=T充＋T放=0.7（R21＋2R20）C所以用滑动变阻器R21代替R2，那么通过调节RP1的大小就可以改变输出脉冲的周期及频率。

（3）花样选择电路花样选择电路如图4。

图4 花样选择电路由一个单刀三掷的开关来选择彩灯花样。

当单刀三掷的开关接于电源时74LS194的S0端为“1”，S1端通过一个反相器后为“0”，则彩灯循环右移；当单刀三掷的开关接于地时74LS194的S0端为“0”，S1端通过一个反相器后为“1”，则彩灯循环左移；当单刀三掷的开关接于555定时器的输出端时，选择左右交替移动的花样。

同样将555定时器接成多谐振荡的形式，输出方波的占空比是可以调节的，所以调节滑动变阻器RP2就可以调节彩灯左右移动的时间。

需要注意的是，为了实现彩灯初值设定功能，就必须要时S0、S1端同时为“1”，所以在电路中还在S0和S1两端上分别加入了一个上拉电阻。

在电路调试时应按照如下步骤进行：①断开两个反相器左边的自锁开关②通过拨码开关设定彩灯初始状态③通过单刀三掷开关选择彩灯的花样④闭合两个反相器左边的自锁开关，彩灯开始循环移动（4）彩灯控制电路彩灯控制电路如图5。

图5 彩灯控制电路彩灯控制电路的原理是通过移位寄存器的并行输出信号来控制NPN三极管的导通。

在这里三极管工作于开关状态，当输出端为“0”时，对应的三极管截止，继电器就截止，彩灯不通电而熄灭；当输出端为“1”时，对应的三极管导通，继电器就工作，彩灯通电而点亮。

在本电路中，电路能够直接驱动220V的灯泡，便于实际应用。

（5）电源电路电源电路采用三端集成稳压管7806实现稳定的6V直流电压供电。

将220V 的市电通过12V的变压器降压，然后经过桥式整流和电容滤波后得到大约14.4V 的直流电压，然后再经过7806进行稳压。

但是要注意从14.4V到6V有8.4V的压降加在7806上，功耗较大，所以7806长时间使用后容易发烫，需要给7806加上散热片。

在加散热片前，应先在散热片与7806的接触上涂上硅汁以便于导热。

三、作品调试及仿真1．作品调试经过通过反复调试整个电路系统可以实现如下功能：（1）电路能够控制8路彩灯以左移、右移、左右交替移动三种花样循环。

（2）彩灯循环移动的时间可以在0.1秒—1秒钟之间连续调节，调节精度为0.05秒（3）彩灯的初始状态可以人工任意设定。

（4）当彩灯处于左右交替移动的花样时，交替的时间间隔可以在1—8秒之间连续调节。

（5）电路可以直接从220V的市电插座上取电工作，能直接控制220V强电彩灯工作，而且使用操作方便，可以在市场推广应用。

2．作品仿真作品在实际焊接调试之前，可以运用EDA软件先对电路进行仿真。

在本次设计仿真中采用Proteus软件进行仿真，仿真文件请见附件。

（注意：仿真时应先将两个铡刀开关断开，再点击“开始仿真”按钮，然后再将两个铡刀开关闭和）仿真效果如下图所示：（1）当单刀三掷开关接于电源时，彩灯为右移花样图6 电路仿真1图7 电路仿真2（2）当单刀三掷开关接于地时，彩灯为左移花样图9 电路仿真4图10 电路仿真5图11 电路仿真6（3）当单刀三掷开关接于555定时器时，彩灯为左右交替移动花样图12 电路仿真7图13 电路仿真8图14 电路仿真9图15 电路仿真10图16 电路仿真11图17 电路仿真12（4）时序仿真以单刀三掷开关接于地时的时序为例，时序仿真图如下：S1S0CLKQ3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0图18 时序仿真土四、作品设计制作总结1．设计总结在本次设计的学习和研究过程中我感觉受益很深，不但让我懂得了许多理论知识，更给了我一个理论联系实际的机会，让我学到了许多书上学不到的东西。

总结这次设计，我经过自己的努力在参考资料不足的情况下独立将设计项目完成，这令人可喜的地方，但是在整个过程中依然暴露出了有许多不足：（1）在整个设计的时间分配上，出现了比较大的失误。

在设计的初期，由于自己在方案选择上举棋不定，花费了大量的时间用于查找各种资料，耽误了许多时间，这直接导致了设计后期出现时间紧张的情况。

（2）本次设计的核心和创新点就在于彩灯循环速度以及循环时间都，而速度的调节是通过改变滑动变阻器来实现的，由于选择的滑动变阻器调节精度较低，所以速度控制很难达到精确无误。

以上就是我对自己这次设计的总结。

通过这次锻炼，我自己的能力得到了不小的提高，在未来的工作岗位中我也将发扬坚持不懈的精神，做一名合格的人才。

2．创新改进意见设计已经圆满完成，各项功能指标也都已经达到了预期目标，但整个电路系统依然有许多有待改进的地方。

（1）控制的彩灯不需要局限于8路，只要用相同的方法，运用多个74LS194芯片进行大规模级连就可以实现多路彩灯的循环控制功能，这样能使得整个电路系统更贴近于实际应用。

（2）将555定时电路中的滑动变阻器改为可以精密调节的，这样可以对彩灯的循环时间进行精确的控制。

另外还可以采用分立元件组成的多谐振荡电路来代替555定时电路以降低整个设计的成本。

五、参考文献[1]陈正振电子电路设计与制作，第1版，高等教育出版社，2006[2]黄强.模拟电子电路，第2版，电子工业出版社，2005[3]刘勇，杜德昌.数字电子电路，第1版，电子工业出版社，2007附录一：系统电路总图。