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1、上饶职业技术学院电子工程系课程设计课程名称：电子技术应用模块 题目名称：双色三循环方式彩灯控制器的设计年 级：06级 学生专业：应用电子技术学生学号： ZD06010008 ZD06010005 指导教师: 学生姓名： 技术职称：高级工程师2008年5月30日制课程设计任务1 课程名称 电子技术应用模块2 课程性质 必修专业课3 适用年级 06级4 适用专业 应用电子技术5 设计题目双色三循环方式彩灯控制器的设计6 实验要求 选开7 选题要求 最多组数2组 每组最多人数3人8 指导老师 吴国辉 职称 高级工程师9 设计目的9.1 进一步掌握模拟电子技术，数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的
2、用9.2 熟悉电路的设计过程及设计方法9.3 掌握课程设计的基本过程和课程设计报告的撰写方法10 设计要求10.1 控制器有8路输出，每路用双色三循环发光二极管指示10.2 控制器有三种循环方式：方式A：单绿左移 单绿右移 单红左移 单红移 方式B：单绿左移 全熄延迟拌声音方式C: 单红右移 四灯红闪、四灯绿闪延迟10.3由单刀三掷开关控制三种方式，每种方式用单色发光二极管指示10.4 相邻两灯点亮时间约在0.2-0.6s间可调，延时时间约在1-6s间可调。10.5 要求用10V电源设计。11 课程设计的进度安排11.1 2008年五月9号17号，完成初稿11.2 2008年五月18号30号，
3、上交课程设计报告及实验样品12 参考书目12.1 黄永定 主编 电子线路实验与课程设计 北京 机械工业出版社 2005.812.2 谢自美 电子线路设计、实验、测试 武汉 华中科技大学出版社 12.3 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 北京 电子工业出版社 2000年 13 任务书下达时间 2008年4月28课程设计评分标准（选开实验）姓名：董珺 童志良 年级：06 级 专业：应用电子技术 班级：（1）班总分：考核项目平 时 成 绩设 计 报 告总成绩考核内容态度、纪律（20%）设计报告书写和水平（80%）考核环节团结协作有钻研精神爱护公物文明卫生遵守纪律和制度摘要符合要求、语句通顺
4、、内容充实、图表和曲线清晰符合规范、文字规范。方案选择、论证、设计、计算正确。分值66880100评分评分教师： 评分时间： 年月 日课程设计报告年级06级 专业 应用电子技术 班级（1）班 姓名 董郡 童志良指导老师 吴国辉 职称 高级工程师课程名称 电子技术应用模块课程性质 必修专业课设计项目 双色三循环方式彩灯控制器的设计实验要求 选开1 设计目的1.1 进一步掌握模拟电子技术、数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的应用1.2 熟悉电路的设计过程及设计方法1.3 掌握课程设计的基本过程和课程设计报告的撰写方法2 设计要求2.1 控制器有8路输出，每路用双色三循环发光二极管指示2.2 控
5、制器有三种循环方式：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 全熄延迟拌声音方式C: 单红右移 四灯红闪、四灯绿闪延迟2.3由单刀三掷开关控制三种方式，每种方式用单色发光二极管指示2.4 相邻两灯点亮时间约在0.2-0.6s间可调，延时时间约在1-6s间可调。2.5 要求用10V电源设计。3 课程设计的进度安排3.1 2008年五月9号17号，完成初稿3.2 2008五月18号30号，上交课程设计报告及实验样品 双色三循环方式彩灯控制器摘要 设计任务中要求的三种循环方式并你复杂，用中小规模集成电路就能实现。因此，本课题选用中小规模集成电路来设计。本控制器应由方式选择、计数
6、器、译码器、LED显示电路、振荡器、控制电路、延时电路、蜂鸣器等组成，其框图如正文部分。本控制器的核心元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. CC4514为16脚双列直插的中规模集成可预置数的4位二进制加/减计数器（单时钟）。关键词 译码器 振荡器 触发器 双色二极管1 引言信息技术以前所未有的速度飞快地向前发展，信息技术已经成为经济发展的关键手段。 本循环彩灯控制方式的设计难点就是循环功能能否实现于控制电路是否起作用。而如今双色三循环方式彩灯已广泛应用与各个领域中。2 电路设计2.1 电路基本原理本控制器的核心元器件为计数器为译码器。分别采用CMO
7、S中规模集成电路CC4516和CC4514.CC4514有5种功能：置数、清零、不计数、加计数、减计数，CC4514是4位锁存/4线-16线译码器，其输出为高电平有效。CC4514就有数据锁存、译码和禁止输出三种功能。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非为高电平时，O0-O15输出全为低电平；因此，CC4514若作为译码器使用时，EL应接高电平，E非应接低电平， 图1 双色三循环方式彩灯控制器框图 2.2设计过程指导2.2.1 LED显示器O0-015为译码器CC4514的输出。CC4514共有16个输出，而双色发光二极管只有8个，因此
8、每两个输出接同一个发光二极管。发光二极管为双色三脚发光二极管，其限流电阻有三种连接方法，本控制器采用8个限流电阻的方法。发光二极管的极限电流一般为20-15mA，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。2.2.2 振荡器 振荡器有多种形式，图2所示的振荡器比较简明常用，其中图2(a)中为CMOS非门构成的振荡器，图2(b)为用555构成的振荡器的振荡周期T=1.4RC,用555构成的振荡器的振荡周期T=0.7(R1+2R2)C。 图2 振荡器2.2.3 触发器循环方式的设计思路如下：PL=1 UP/ =1
9、UP/ =0 UP/ =1起始计数（置“1000） 加数器 O15时减计数 O0时加计数 图3所示由D触发器的构成的二分频电路，O15和O0作为时钟信号，一个时钟触发器的状态翻转一次。图3(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(c)和(d)由门电路组成的基本RS触发器，图(c)所示电路中，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(d)的电路输入为低电平有效，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3所示的几种电路都能达到控制的作用。 图3 触发器控制电路2.2.4 延
10、时电路循环方式的的设计思路如下：PL=1 UP/ =1 =1置数1000 加数器 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门构成的微分型单稳态电路和555构成的单稳态较为理想。与非门构成的微分型单稳态电路，其中Cd，Rd为微分电路，当ui为窄脉冲触发时，Cd与Rd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、延时时间由RC决定。555构成的单稳态电路如图4所示，C1R1和VD起微分限幅作用。因为本电路要
11、求低电平触发，没有触发的时候555的第2脚要为高电平，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1/3VDD，触发的时候电压小于1/3VDD。延时时间由RP和C2决定。 图4 555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的功能，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/ =1 =1清零 加计数 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
12、现3种循环功能，而不是设计3个电路。3种循环方式要相互隔离，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。5.工作过程分析 选择方式A，指示C2灯LED8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，触发器直接置零端R=1，触发器直接置零，即IC2的UP/ =1,计数器，从“1000”开始计数，C2充电结束后，触发器R=0，不起作用。当计数到“1111”时，O15=1，VD2导通，同时IC4A导通，触发器翻转， UP/ =0，计数器递减计数。当计数到“0000”时，O0=1，D触发器又翻转
13、，UP/ =1，计数器又开始递增计数。也就是说，递增计数到“1111”时触发器翻转一次，递减计数到“0000”时触发器又翻转一次。 选择方式B，指示灯LED9亮，VD20导通，开关刚接通瞬间，C4短路，PL=1，IC2计数器置数”1000”,电源接通瞬间，C2短路，触发器R=1，触发器直接置零，UP/ =1，计数器从“1000”开始计数，IC4A端开，D触发器输出不变UP/一直为“1”，计数器始终递增计数，当计数到“1111”时，O15=1，IC8C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，=1，灯全部熄灭，IC8c导通，VT1导通，蜂鸣器响。延迟时IC4c导通
14、，PL=1，计数器始终在置数“1000”，延迟结束时，=0，计数器又从“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/ =1，计数器从“0000”开始计数，当计数到“0111”时，O7=1,因IC8A导通，当O7从高电平变为低电平，触发单稳态电路，IC6输出为高电平，=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发射极输出脉冲信号送到双色发光二极管，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
15、。3 调试方法3.1 检查振荡器是否振荡。如果双色发光二极管灯亮并左右移动，说明振荡器已工作；如果双色发光二极管只有固定的某一盏灯亮，则应检查振荡器是否振荡。可用示波器检测振荡器的输出，或用指针式万用表直流电压挡测量振荡器输出。如果示波器能检测出振荡波形，或万用表指针左右摆动，则说明振荡器已工作。3.2 观察计数器能否置数，若不能置数，检查C4是否接错或损坏，若置数的时间太久，则应减小C4的容量或R19的阻值。接循环方式C，检查计数器能否清零，若不能，检查C3,R5等器件。3.3 接循环方式A，检查D触发器在一循环周期内能否翻转两次，若不能翻转，则应检测D触发器是否损坏，再检查VD1,VD2,
16、R2,R3,IC4A等器件。3.4 接循环方式B，用万用表测量IC6的输出电压，检查当计数器计数到“1111”时，单稳态电路的输出是否从低电平变为高电平。如果单稳态电路的输出一直为低电平，则邪恶两IC6的第2脚电压是否一直为高电平而没有低电平触发信号，然后再检查周围相关的元器件。如果单稳态电路的输出始终为高电平，可能是IC6第2脚电压一直为低电平所导致，说明R20与R21的阻值选择不当。3.5 接循环方式C，检查能否四灯红闪、四灯绿闪。检查IC4C,IC7,VT2等元器件。4 小结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
17、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。本次设计中介绍的双色循环彩灯控制器就是用计数器和译码器实现的，其特点是用双色发光二极管，能发红色和绿色两色光。5 本次课程设计的心得体会人往高处走，水往低处流，想要做个优秀的人就不得不努力，在本次的课程设计中我获得了以上这几句话。自己奋斗的道路往往都满艰辛的，就我喽，平常还认为自己学的还可以，可是到了自己动手的时候却发现有好多的问题：这里不懂那里不懂，真的是很晕，才知有好多的不足，平常所学的不过就是些皮毛而以，所留下的空缺还得慢慢的填补，不过现在网络发达了，在那我也可以学到很多不知道的东西，这对我的这
18、次帮助也起了很大的帮助，还有老师在一旁仔细的教我才使我圆满完成。在这次的课题设计中我遇到了很多的问题，不过在吴老师的指导下那些问题都迎刃而解了，这次的课题设计主要目的是提高我们的实践能力，让自己动手独立去完成，是啊，完成了是轻松了好多了，不知不觉中还有点自豪勒，让我对知识更有渴望，要学的更多那就得“自己动手，丰衣足食“。6 参考书目电子线路实验与课题设计，黄永定主编，机械工业出版社，2005.8通用集成电路应用与实例分析，陈有卿编，中国电力出版社,2007.4CMOS数字电路应用300例, 肖景和主编中国电力出版社,2005.27 完成时间 2008年5月30日附录1总电路图附录2元件清单名称型号-规格数量集成电路5552CC45161CC45141LED174LS001电位器RP1 10K1电阻器5.1K3100K330K368041.2K34.3K111K15101电容器33uF1100uF147uF110uF1开关8