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1、简易彩灯控制电路郑州轻工业学院电子技术课程设计 题 目 简易彩灯控制电路 学生姓名 赵汉卿 专业班级 自动化11-02 学 号 院 （系） 电气信息工程学院 指导教师 方洁 完成时间 2013年6月30日 郑州轻工业学院课程设计任务书题目 简易彩灯控制器电路 专业 自动化11级 学号 姓名 赵汉卿 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1阅读相关科技文献。2学习protel软件的使用。3学会整理和总结设计文档报告。4学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求要求电路能够控制8个以上的彩灯。1. 要求彩灯组成四种以上的花形，每种花形连续循环两次，各种花形轮流显示。主要参考资料1何小艇，电子系
2、统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5康华光，电子技术基础，高教出版社，2003完 成 期 限： 2013年6月30日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2013 年 6 月 22日简易彩灯控制电路摘 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，它是一种很好的照明娱乐工具，应用前景较为广泛。本设计就是采用电子元件制作的一个简易的具有四种变换花型的彩灯控
3、制器。本电路系统由四部分组成，分别是：（1）时钟振荡电路，555定时器构成多谐振荡器；（2）分频电路，由四位二进制计数器 74LS161组成， 为D 触发器提供时钟；（3）状态机电路，由双 D 触发器组成；（4）移位显示电路，由双向移位寄存器 74194 和发光二极管组成，实现花型显示。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个以上的彩灯；（2）可以组成四种以上花型，并且每种花型能够连续循环两次，各种花型轮流显示。 本电路基于 74系列简单逻辑门电路的组合，实现简易电子彩灯控制器电路，具有电路设计简单，成本低廉的特点。 关键词 彩灯/四位双向移位寄存器/
4、四位二进制计数器/时钟振荡电路目 录中文摘要1.元器件的选择11.1 D触发器11.2 74LS19412.系统组成及工作原理32.1 系统组成框图32.2 工作原理分析33.电路方案设计53.1 电路图设计54.单元电路设计64.1 时钟脉冲产生电路64.2分频电路的工作原理64.3状态机电路74.4移位输出电路84.5 电源电路8结束语10致谢11参考文献12（附录）13简易彩灯控制电路1.元器件的选择1.1 D触发器D触发器上升沿有效，SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器
5、置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。1.2 74LS194集成移位寄存器74194由4个RS触发器及它们的输入控制电路组成。其中两个控制输入端S1、S0的状态组合可以完成4种控制功能，其中左移和右移两项是指串行输入，数据是分别从左移输入端DSL和右移输入端DSR送入寄存器的。MR为异步清零输入端。由功能表知，第1行表示寄存器异步清零；第2行表示当MR=1，CP=1(或0)时，寄存器处于原来状态；第3行表示为并行输入同步预置数；第4、5行为串行输入左移；第6、7行为串行输入右移；第8行为保持状态。表1
6、-1 74LS194真值表MRS1 S0DSL DSRCPP3 P2 P1 P0Q3 Q2 Q1 Q00 0 0 0 01 1(0) Q3 Q2 Q1 Q011 1 D C B AD C B A11 01 1 Q3 Q2 Q111 00 0 Q3 Q2 Q110 1 1 Q2 Q1 Q0 110 1 0 Q2 Q1 Q0 010 0 Q3 Q2 Q1 Q01.3 74LS161由表可知，74161具有以下功能： 1、异步清零：当RD=0时。不管其他输入端的状态如何，计数器将直接输出0。 2、同步并行预置数：在RD=1的条件下，当LD=0、且有时钟脉冲CP上升沿作用的时候，P0、P1、P2、P3
7、输入端的数据将分别被Q0Q3所接收。由于这个置数操作要与CP脉冲上升沿同步，且P0P3的数据同时置入计数器，所以称为同步并行预置。 3、保持：在RD=LD=1时，当ET*EP=0,即两个计数使能端有0时，不管有无CP脉冲的作用，计数器都将保持原有状态不变，当EP=0，ET=1时，进位输出RCO也保持不变，当ET=0时，不管EP状态如何，进位输出RCO=0。 4、计数：当RD=LD=EP=ET=1时，处于计数状态。表1-2 74LS161功能表RD LDEPET CPP3 P2 P1 P0Q3 Q2 Q1 Q00 0 0 0 01 0 1 10 保持1 1 0 保持1 11 1 翻转2.系统组成
8、及工作原理2.1 系统组成框图把四花型彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可由四个模块组成，它们分别是：时钟产生电路、分频电路、移位显示电路、状态机电路。设计框图如图2.1所示：显示电路 时钟振荡电路路移位输出电路分频电路状态机电路 图图2-1设计框图第一部分，由555定时器构成时钟振荡电路，产生固定频率的脉冲；第二部分，由四位二进制计数器 74LS161 组成分频电路，为 D 触发器提供时钟，为状态机提供时钟；第三部分，采用双 D 触发器 74LS74 组成状态机电路，实现四种花样的轮流显示；第四部分，
9、采用双向移位寄存器74LS194 组成移位输出电路。2.2 工作原理分析由555定时器构成的时钟振荡电路产生固定频率的脉冲，一方面作用于由74161组成的分频电路，一方面作用于由74F194构成的移位输出电路，为他们提供时钟信号。由于74161是16分频计数器，故每十六个脉冲74LS161进位一次,致使触发器U1A翻转一次，而触发器U2A的3脚连接的是触发器U1A的5脚，实现了U1A的16分频和U2A的32分频。所以平均U1A翻转两次而U2A翻转一次。集成移位寄存器74194由个RS触发器及他们的输入控制电路组成，其中1和0是两个控制输入端。双触发器的输出端改变0,1的值，实现左右移动控制。可
10、组成U1A左移，U2A右移；U1A右移，U2A右移；U1A左移，U2A左移；U1A右移，U2A左移四种花型。每十六个脉冲每种花型恰好循环两次，而此时触发器翻转，转换为下一种花型。3.电路方案设计3.1 电路图设计将各单元电路组织起来就得到了系统电路图，如附录所示。本电路图设计简单、结构清晰，可分为时钟产生电路、分频电路、移位显示电路、状态机电路。555定时器构成时钟电路，由四位二进制计数器 74LS161组成分频电路，由双向移位寄存器 74194 和发光二极管组成移位显示电路，双D触发器构成状态机电路。4.单元电路设计4.1 时钟脉冲产生电路用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期
11、性的矩形脉冲。电路图如图4.1所示:图4-1由555定时器构成的多谢振荡器接通电源后，电容5被充电，当管脚处的电压上升到cc/3时，使o为低电平，同时放电三极管导通，此时电容通过和放电，c下降。当c下降掉cc/3时，o翻转为高电平。振荡器的振荡频率为1.43/(R1+R2+R2)C5。4.2分频电路的工作原理74LS161是4位二进制同步加计时器。其中1脚是异步清零端，9脚是预置控制端，P0,P1,P2,P3是预置数据输入端，RCO是预置数据输入端，7和10脚是计数控制端。(1)异步清零：当1脚接低电平时，不管其他输入的状态如何，计数器直接清零。(2)同步并行预置数；在1脚接高电平的条件下，当
12、9脚接低电平且有时钟脉冲时P0,P1,P2,P3输入端的数据分别被Q0,Q1,Q2,Q3所接收。(3)保持：1和9脚同时接高电平，两个记数使能端有一个接低电平时，不管有无脉冲，记数器都保持原状态不变。(4)记数：当1,7,9,10管脚都接高电平时，计数器处于记数状态。当时钟电路产生16个脉冲时，计数器进位端进1，促使D触发器翻转或截止。图4-274LS161引脚图4.3状态机电路状态机电路由两个触发器组成。触发器U1A的脚与触发器的U2A的3脚连接，从而实现U1A的16分频和U2A的32分频。触发器为上升沿出发，当脉冲由低电平变为高电平时，触发器发生翻转。本电路中，假设开始时U1A的脚为高电平
13、，则U2A的3脚也为高电平，分频电路16拍进位一次，促使触发器U1A发生翻转使脚变为低电平则U2A的3脚也变为低电平。当分频电路经过第二个16拍时，再次进位，U1A的脚为高电平而此时U2A的2脚也再次变为高电，此过程中U2A经历了一个上升沿触发，翻转一次，从而实现四种花型的轮流变换。图4-3 状态机电路图4.4移位输出电路集成移位寄存器74194由4个RS触发器及他们的输入控制电路组成，其中1和0是两个控制输入端,A、B、C、D是并行输入端。如表所示，他们的状态组合可以完成四种控制功能，其中左移和右移两项是串行输入，数据是分别从左移输入端7引脚和右移输入端2引脚送入寄存器中的。1引脚为异步清零
14、。如图U1B,本电路中要求移位过程中数据不丢失，故采用将移位寄存器的最高位输出端15脚和最低位输入端2引脚连接以及让移位寄存器的最低位输出端12引脚和最高位输入端7引脚连接。，形成环形计数器。从而实现四种花型的循环输出。图4-4移位输出电路电路图4.5 电源电路如图2-5所示，电源电路是由220V工频电源，变压器，桥式整流电路，稳压器，滤波电容组成。输出电压为5V。有多种方法可以用整流二极管将交流电转换为直流电，包括半波整流、全波整流以及桥式整流等。整流桥，就是将桥式整流的四个二极管封装在一起，只引出四个引脚。四个引脚中，两个直流输出端标有或，两个交流输入端有“”标记。应用整流桥到电路中，主要
15、考虑它的最大工作电流和最大反向电压。整流这一个术语，它是通过二极管的单向导通原理来完成工作的，通俗的来说二极管它是正向导通和反向截止，也就是说，二极管只允许它的正极进正电和负极进负电。二极管只允许电流单向通过，所以将其接入交流电路时它能使电路中的电流只按单向流动，即所谓“整流”，用两只管是半波整流，四只是全波整流。 图2-5 电源电路结束语一周的课程设计，使自己收获很多，加深了对书上及老师所讲知识的理解。在本次电子课程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。设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电
16、路相关知识的熟练掌握。设计电路时，将总体的功能分成若干个功能单元来实现，是简化电路设计思路的很好方法；且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法，对电路故障的检查也是很有帮助。通过这次电子课程设计，我学到了很多东西，如查找资料，设计比较，从各种图中提取所需。此外，这次课设还让我们学到很多，也吸取了很多教训。以前感觉考试考得高分就是学到知识了，当真正自己动手去做时才认识到自己犯了多大的错误。在画原理图是需要用到Altium Designer，这有力的巩固了我们本学期刚学完的Altium Designer知识。理论学得再好如果不能用到实践中去等于没学。通过此次的课程设计，真正提高了我们动手能力，
17、学会获取资料，活跃了自己的思维，巩固了我们所学的知识。最后，感谢此次课程设计过程中一直给予我们支持与帮助的老师们，感谢您们的耐心指导！致 谢在此次的电子课程设计中，我很感谢我的室友和班级同学，每当有疑问的时候，我们都能够互帮互助，尽力为对方解答，在寝室大家借给我参考资料和电脑使用，所以才让我的课程设计显得顺利了一些。同组的6个人相互帮忙，共同讨论，在思维的火花碰撞中解决了许多个人力有不及的问题。在使用电子设计软件的时候，因为当初学的不精，在使用过程中遇到了很多的问题（此时才感觉陈志武老师当初对我们说AD重要是多么的对），也是身边的同学在旁边帮助我。还有感谢老师带我们专业课程设计，我想严谨的作风
18、和严格的管理可以让我们班的课程设计进行的很顺利。通过这次的课程设计，我充分的感受到了集体的温暖，人多力量大，这句话真的很对。参考文献1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5康华光，电子技术基础，高教出版社，2003年附 录附录1 元件列表元件种类数量74LS194274LS00274LS161174HC741555定时器11K电阻82.4K电阻16K电阻1100uF电容10.01uF
19、电容1LED发光二极管8附录2 输出花型脉冲D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8花型一花型二花型三花型四100000000000000000000000000000000210001000000110000001000110000001311001100001111000011001111000011411101110011111100111011111100111511111111111111111111111111111111601110111111001111110111001111110700110011110000111100110000111100800010001100000011000100000011000900000000000000000000000000000000附录3 电路原理图16