数电课程设计

数电课程设计

课程设计报告题目多路彩灯控制器设计

2013-2014 第二学期

班级电气一班

姓名尹星星

学号 201295014014

指导教师韩芝侠

单位宝鸡文理学院

2014 年 6 月 24 日

多路彩灯控制器设计

[摘要] 随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高,在现代生活中, 彩灯作为一种装饰既可以增强人们的感观,起到广告宣传的作用,又可以增添节日气氛,为人们的生活增添亮丽。由于电子技术的发展, 应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展，彩灯作为一种景观应用越来越多。在电子电路设计领域中，电子设计自动化工具已成为主要的设计手段，通过对电路的控制来控制彩灯的变化状况。本次设计是八路彩灯控制器,现代生活中,彩灯已经成为必不可少的景观,此次设计本着与实际生活密切联系的原则,论述了使用数字点知技术设计八路彩灯控制器的过程，在设计中使用了振荡电路、显示电路、译码器、计数器、分频器、移位寄存器等各种电路，大大地提高了设计的灵活性、可靠性和可扩展性,为大学生更好地认识社会提供了很好的机会。

[关键词] 自动控制；工作可靠；彩灯控制器；

1 设计任务和要求

彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按不同的节拍循环显示各种灯光变换花型。彩灯控制器是以高低电平来控制彩灯的亮灭，彩灯控制采用移位寄存器实现。在实际应用场合彩灯可能是功率较大的发光器件，需要加以一定的驱动电路。本课题用发光二极管LED模拟彩灯，可以不用驱动，可以实现对八盏LED彩灯的简单控制。

现要求设计一个8路移存型彩灯控制器，彩灯用发光二极管LED模拟，具体要求如下：

任务一

（1）彩灯能够自动循环点亮，产生一种流动变化的效果，俗称流水灯控制；

（2）彩灯循环显示且频率快慢可调。

（3）该控制电路具有8路输出。

任务二

八个发光二极管（代替彩灯）一字排开，以它们的明暗构成彩灯图形，其循环模式为：（1）彩灯全熄4秒钟；

（2）彩灯自左向右在4秒钟内依次点亮；

（3）彩灯自右向左在4秒钟内依次熄灭；

（4）彩灯全亮4秒钟；

2 总设计

根据题目的任务、要求和性能指标，经过分析与思考，得出以下方案：整体电路分为三个模块：第一个模块实现节拍的发生；第二个模块实现彩灯明暗变化的控制；第三个模块实现彩灯变化的显示。

主体框图如下：

计数器/译码分配器显示电路

振荡电路

……

CLK

八位双向移位寄存器

2Hz

CP源

八分频

电路

四分频

电路

开机清零电路

+

显示电路

……

S1 S0

/CR

控制电路

图1 任务1原理框图

图2 任务2原理框图

在本方案中，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：电路设计模块化且各模块功能明确，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试带来方便。缺点是：由于设计思想比较简单，元件种类使用少，花型复杂一些就会导致中间单元电路连线过多而易出错。

3 模块设计

任务1

3.1.1 多谐振荡器的设计

多谐振荡器电路采用由555定时器制作而成的多谐振荡器制作而成，由一个555定时器、两个电阻、两个二极管、两个电容和若干导线组成。

实现输出脉冲信号。任务要求为转换节拍为1s，即8个（彩灯个数）时钟信号的总时长为8s，而改变RA、RB的大小则可以改变彩灯的快慢，选择RA=10kΩ，RB=23.5kΩ，C1=10μF， C2=0.01μF，从而T1+T2=(R2+2R1)C1ln2=1s,使得8（T1+T2）=8s s，1为输出端。其方框图和功能表如图3、图4所示

图3 可变多谐振荡器电路图

图4 555功能表

3.1.2 计数器的设计

计数电路主要由一个74LS160十进制计数器及与非门等基础控制电路组成，主要实现对之前的时钟信号计数以控制后面的状态转换电路。计数器从Q3Q2Q1Q0=0000开始计数，当第7个CP 到达后，计到0111，并不能立即清零，而是要等第7个脉冲上沿到来后，计数器被置成0000。

不会用异步清零端那样出现0110过渡状态，这是与用异步清零端的差别。用74LS160设计的八进制计数器和功能表如图5、图6所示

图5 八进制计数器电路图

图6 八进制计数器功能表

3．1.3 3-8译码器与显示电路的设计

1）3-8译码器

在数字系统中，能将二进制代码翻译成所表示信息的电路称为译码器。译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器，本次选择3-8译码器。3-8译码器电路的输

入变量有三个即D0，D1，D2，输出变量有八个Y0-Y7，对输入变量D0，D1，D2译码，就能确定输出端Y0-Y7的输出端变为有效（低电平），从而达到译码目的。其原理图和功能表如图7、图8所示

图7 3-8译码器原理图图8 3-8译码器功能表

2）显示电路

此次试验的显示器为共阳极显示器，显示器的com端需要接地，所谓共阳LED 数码管8段 LED 的阳极是连在一起的，限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用430Ω的限流电阻。如图9所示

图9 显示电路

任务二

3.2.1多谐振荡器的设计

多谐振荡器电路采用由555定时器制作而成的多谐振荡器制作而成，由一个555定时器、两个电阻、两个二极管、两个电容和若干导线组成。实现输出脉冲信号。任务要求为转换节拍为0.5s，即8个（彩灯个数）时钟信号的时长为0.5s，