双色三循环彩灯控制器1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,双色三循环彩灯控制器的设计,系 部：电信工程系,专 业：电子信息工程技术专业,班 级：G0732班,成 员：孔丽佳 吴吉 吴贇轶 唐军伟,指导教师：过建芬,1,论文框架,一、摘要,二、课题构思,三、方案设计,四、单元设计,五、电路工作原理,六、体会,七、参考文献,2,一、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。,返回,3,二、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0.20.6S间可调，延时时间约在16S间可调。,6、要求用10V电源设计。,返回,4,三、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。,5,1、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,方式选择,振荡器,控制电路,计数器,译码器,LED显,示,延时电路,蜂鸣器,6,2、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，O0O15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,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,0,0,0,0,减数器,返回,7,1、,LED,显示电路,LED显示电路如图3所示。,O15 O14 O13 O12 O11 O10 O9 O8,O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7,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），本控制器采用8个限流电阻的方法。发光二极管的极限电流一般为2030mA，发光二极管的压降约为2V，通过发光二极管的电流可取为1015mA，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。,四、单元设计,图3 LED显示电路,8,2、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（R,1,+2R,2,）C。,图4振荡器,9,3、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 O,15,时计数器 O,0,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O,15,时变为减法计数，减法计数到O,0,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，O,15,和O,0,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O,15,和O,0,可直接作为S与R的输入。图5（d）输入为低电平有效，O,15,，O,0,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。,10,（a）,（b）,（c）,（d）,图5 触发器控制电路,11,4、延时电路,循环方式B的设计思路如下：,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，O,15,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,ui,为窄脉冲触发时，C,d,和R,d,可省略。O,15,的下降沿作为单稳态电路的触发信号，因此O,15,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，C,1,R,1,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R,2,，对于R,1,和R,2,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C,2,决定。,12,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,。,返回,13,五、电路工作原理,选择方式A，指示LED,8,灯亮，VD,19,导通，开关刚接通瞬间C,4,短路，IC,2,的PL1，IC,2,计数器置数“1000”，电源接通瞬间，C,2,短路，触发器直接置零R1，即IC,2,的UP/DN=1,j计数器从“1000”开始计数，C,2,充电结束后，触发器R0，不起作用。当计数器到”1111”,O,15,1，VD,2,导通，同时IC,4A,倒通，触发器翻转，UP/DN0，计数器递减计数。,选择方式B，指示灯LED,9,亮，VD,20,导通，开光刚接通瞬间，C,4,短路，PL1，IC,2,计数器置数“1000”，电源接通顺间，C,2,短路，触发器R1，触发器直接置零，UP/DN1，计数器从”1000”开始计数，IC,4A,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，O,15,1，IC,8B,导通，当O,15,从高电平变为低电平时，触发单稳态电路，IC,6,输出变为高电平，E=1,灯全部熄灭，IC,8C,导通，CT,1,导通，蜂鸣器响。延迟时IC,4C,导通，PL1，计数器始终在置数“1000”，延迟结束时，E0，计数又从“1000”开始计数。,选择方式C，指示灯LED,10,亮，开关刚接通瞬间，C,3,短路，MR1，IC,2,计数器清零，电源接通瞬间，C,2,短路，触发器R1，触发器直接置零，UP/DN1，计数器从“0000”开始计数，当计数器到“0111”时，O,7,1，因IC,8A,导通，当O,7,从高电平变到低电平时，触发单稳态电路，IC,6,输出为高电平，E1，IC,3,的O,0,O,15,输出全为低电平，IC,4B,导通，延迟时计数器清零，IC,7,与非门输出脉冲信号，VT,2,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,返回,14,六、体会,在课程设计的过程中，较多的时间是用来查阅资料，图书馆的资料很有限，所以一般通过网上查阅。,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，准确地找出故障是件很不容易的事。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，我把它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，掌握了电子线路调试的方法，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。,学校中教过模拟电子技术基础和数字电子技术基础，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。虽然有点困难，途中不知道碰到了多少难题，由于是自己解决的，所以在解决这些实际难题中得到很大的提高。,返回,15,七、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，2005,3：数字电子技术基础阎石 高等教育出版社,4：电工与数字技术基础河南城建出版社,5：模电数点基础实验及Multisim7.0仿真朱维婷 浙江大学出版社,6：数字电路设计与制作（日）汤山俊夫 科学出版社,7：模拟电路与数字电路寇立 电子工业出版社,8：数字集成电路（第二版）拉贝艾 电子工业出版社,9：数字电路实验及课程设计指导书郁汉琪 中国电力出版社,返回,16,谢谢大家！,17,