双色三循环方式彩灯控制器]

数字电子技术课程设计双色三循环方式彩灯控制器

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目录

一、摘要 (3)

二、课题构思 (3)

三、方案设计 (4)

四、单元设计 (5)

五、电路工作原理 (9)

六、体会 (9)

七、参考文献 (10)

一、摘要

循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门，而且有专门的可编程彩灯集成电路。绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。本次设计的双色循环彩灯控制器就是用计数器和译码器来实现，其特点用双色发光二极管，能发红色和绿色两色光。

二、课题构思

1、用中小规模集成电路设计一台彩灯控制器。用计数器和译码器设制作一个双色三

循环方式彩灯控制器。

2、控制器有8路输出，每路用双色发光二极管指示。

3、控制器有3重循环方式：

方式A：单绿左移---单绿右移---单红左移---单红右移；

方式B：单绿左移---全熄延时伴声音；

方式C：单红右依---四灯红闪，四灯绿闪延时。

4、由单刀掷开关控制3种方式，每种方式用单色发光二极管指示。

5、.两灯点亮时间约在0.2～0.6S间可调，延时时间约在1～6S间可调。

6、要求用10V电源设计。

三、方案设计

近年来，由于中，大规模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。大规模集成电路，不仅可以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。因此，双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下：

1，根据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以方便检修。

2，每个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件构成单元电路。

3，考虑各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作需求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常，协调工作。

1、基本原理

设计任务中所要求的3种循环方式并不复杂，用中小规模集成电路就能实现。本控制应由方式选择，振荡器，控制电路，延时电路，蜂鸣器等组成，其框图如图1所示：

图1 双色三循环方式彩灯控制器框图

2、计数器和译码器

本控制器的核心器件为计数器和译码器，分别采用CMOS中规模集成电路CC4516和CC4514。CC4516为16脚双列直插的中规模集成可预置数的4位二制加/减计数器（单时钟），其引脚如图2所示。CC4516有5中功能：置数，清零，不计数，加计数，减计数，具体功能如表1所示。CC4514是4为锁存/4线—16线译码器，其输出为高电平有效。CC4514具有数据锁存，译码和禁止输出3种功能。数据锁存功能由EL端施加电平实现，EL=0时，O0 ~O15保持EL置“0”前的电平；禁止端）E为高电平时，O0~O15全为低电平；因此，CC4514作为译码器使用时，EL应接高电平，E应接低电平，CC4514的外引脚如图3所示。

图2 CC4514引脚图 表1 CC4516功能表

四、单元设计 1、 LED 显示电路

LED 显示电路如图3所示。

O 15 O 14 O 13 O 12 O 11 O 10 O 9 O 8

O 0 O 1 O 2 O 3 O 4 O 5 O 6 O 7

图3 LED 显示电路

O 0）~O 15为译码器的输出。4514共有16个输出，而双色发光二极管只有8个，因此每两个输出接同一个发光二极管，接法如图3所示。发光二极管为双色三极发光二极管，其限流电阻有3种连接方法（16个限流电阻，8个限流电阻，1个限流电阻），本控制器采

CP CE UP/DN PL MR 功能

× × × 1 0 置数，既把数P3P2P1P0送O3O2O1O0中 × × × × 1 清零，即O3O2O1O0全为零 × 1 × 0 0 不计数，即O3O2O1O0保持不变 0 1 0 0 加数器

减数器

用8个限流电阻的方法。发光二极管的极限电流一般为20~30mA，发光二极管的压降约为2V，通过发光二极管的电流可取为10~15mA，以保证发光二极管有足够的亮度，而且这样又不易损坏发光二极管。

2、振荡器

振荡器有多种振荡器电路，图4所示的振荡器比较简单常用，其中（a）图为CMOS 非门构成的振荡器，（b）图为555构成的振荡器。CMOS非门构成的振荡器的振荡周期T=1.4RC，555构成的振荡器的振荡周期T=0.7（R1+2R2）C。

图4振荡器

3、触发器

循环方式A的设计思路如下：

PL=1 UP/ DN=1 UP/ DN=0 UP/ DN=1

起始计数（置“1000” ）加数器O15时计数器O0时计数器本循环彩灯控制器方式A的设计难点就是控制电路（循环功能能否实现在于控制电路是否起作用）。要实现循环功能，计数器既要加法计数，也要减法计数，即加法计数到O15时变为减法计数，减法计数到O0再变为加法计数，这可用触发器控制计数器的UP/DN端来实现。

图5所示为由D触发器构成的二分频电路，O15和O0作为时钟信号，一个时钟触发器的状态翻转一次。图6（b）是利用D触发器的直接置“1”端和直接置“0”端来实现触发器的状态转换。图5（c）和（d）是由门电路组成的基本RS触发器，图5（c）RS 输入为高电平有效，因此O15和O0可直接作为S与R的输入。图5（d）输入为低电平有效，O15，O0反向后作为触发器输入。除以上几种电路外，也可以直接用RS触发器或JK触发器来

实现。经实践，图5所示的几种电路都能达到控制的作用。

(a) (b)

(c) (d)

图5 触发器控制电路

4、延时电路

循环方式B的设计思路如下：

PL=1 UP/ DN=1 E=1

置1000 加计数器O15时延时

延时电路可采用单稳态电路，O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号。根据功能要求。可采用微分型单稳态电路，555构成的单稳态电路及分立元器件构成的单稳态电路，而下降沿触发的与非构成的微分型单稳态电路和555构成的单稳态电路较为理想。

图6为与非构成的微分型单稳态电路，其中C d，R d为微分电路，当u i为窄脉冲触发

时，C d和R d可省略。O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号，因此O15要经微分和限幅后再触发单稳态电路。延时时间有RC决定。

555构成的单稳态电路如图7所示，C1R1和VD起微分限幅作用。因此本电路要求低电平触发，没有触发的时候555的第2脚要为低电平，所以要接R2，对于R1和R2的阻值比要求比较严格，要保证没有触发的时候第2脚电压大于1/3V DD,触发的时候电压小于1/3V DD。延时时间由RP和C2决定。

图6微分型单稳态电路图7 555构成的单稳态电路

在循环方式C中，要实现单红右移，计数器应从“0000”开始递增，因此应先清零再加法计数。根据计数器和译码器本身无法使输出实现四灯红闪，四灯绿闪，因此，可通过延时电路给8个双色发光二极管加上振荡信号来解决。方式C的循环过程可表示为: MR=1 UP/ DN=1 E=1

消零加计数器O7时延时

在设计时要注意，要求是在同一个电路中通过方式选择来实现3种循环功能，而不是设计3个电路。3种循环方式要互相隔离，如按方式A工作时则不能有方式B现象出现，因此可采用双向模拟开关CC4066进行隔离。

五、电路工作原理

选择方式A，指示LED8灯亮，VD19导通，开关刚接通瞬间C4短路，IC2的PL＝1，IC2计数器置数“1000”，电源接通瞬间，C2短路，触发器直接置零R＝1，即IC2的UP/DN=1,j 计数器从“1000”开始计数，C2充电结束后，触发器R＝0，不起作用。当计数器到”1111”,O15＝1，VD2导通，同时IC4A倒通，触发器翻转，UP/DN＝0，计数器递减计数。

选择方式B，指示灯LED9亮，VD20导通，开光刚接通瞬间，C4短路，PL＝1，IC2计数器置数“1000”，电源接通顺间，C2短路，触发器R＝1，触发器直接置零，UP/DN＝1，计数器从”1000”开始计数，IC4A断开，D触发器输出不变，UP/DN一直为一，计数器始终递增计数。当计数到“1111”时，O15＝1，IC8B导通，当O15从高电平变为低电平时，触发单稳态电路，IC6输出变为高电平，E=1,灯全部熄灭，IC8C导通，CT1导通，蜂鸣器响。延迟时IC4C导通，PL＝1，计数器始终在置数“1000”，延迟结束时，E＝0，计数又从“1000”开始计数。

选择方式C，指示灯LED10亮，开关刚接通瞬间，C3短路，MR＝1，IC2计数器清零，电源接通瞬间，C2短路，触发器R＝1，触发器直接置零，UP/DN＝1，计数器从“0000”开始计数，当计数器到“0111”时，O7＝1，因IC8A导通，当O7从高电平变到低电平时，触发单稳态电路，IC6输出为高电平，E＝1，IC3的O0～O15输出全为低电平，IC4B导通，延迟时计数器清零，IC7与非门输出脉冲信号，VT2发射级输出脉冲信号送到双色发光二级管，使8盏灯四灯红闪四灯绿闪。延迟结束，计数器又从“0000”开始计数

六、体会

在课程设计的过程中，较多的时间是用来查阅资料，因为还是第一次做电子课程设计，图书馆的资料很有限，所以一般通过网上查阅，在此查阅期间，我学会了怎样使用超星阅读器和PDF阅读器。

在调试过程中，故障是不可避免的，或者正如老师所说没有故障反而还不正常。产生故障的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的上多种原因相互作用引起的复杂故障，因此需要掌握故障的一般诊断方法，故障诊断过程就是以故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的过程。对于一个复杂的系统来说，要在大量的元器件和线路中迅速，准确地找出故障是见很不容易的事。要通过对原理图的

分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测量找出故障模块，然后再对故障模块内部加以测量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，这样可以提高我分析问题和解决问题的能力，因此，我把他看成是一次好的学习机会。

通过电子线路课程设计，我了解了电子产品设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能用仿真软件对电子线路进行仿真设计，能用Portel等软件绘制PCB 图，掌握了电子电路调试的方法，能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题，能正确选用元器件与材料，能对所设计电路的指标和性能进行测试并提出改进意见，能查阅各种有关手册和正确编写设计报告。

由于这次的课程设计是一个人单独作一个课题，所以我是采用以自学为主的学习方法。在学完《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》课程之后，我已经具有了一定的理论基础，实践技能和自学能力。在复习和课程设计任务有关的单元电路，理清头绪，按照电子电路的一般设计步骤进行设计。虽然一个人做有点困难，途中不知碰到了多少难题，由于是我自己解决的，所以在解决这些实际难题中得到了很大的提高。

七、参考文献

1：陈晓文主编.电子线路课程设计.北京：电子工业出版社，2004

2：李银华主编.电子线路设计指导.北京：北京航空大学出版社，2005