彩灯循环控制电路的设计与制作

武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书目录摘要 21 结构设计与方案选择 31.1 方案设计 31.1.1 方案一 31.1.2 方案二41.2方案比较与选择 52 单元电路设计 72.1 脉冲产生电路 72.2 循环控制电路 82.3 彩灯显示电路 93调试与检测 103.1调试103.1.1调试方法 103.1.2调试步骤 103.1.3调试结果 113.1.4调试中故障及解决办法 113.2检测12结束语 13参考文献 14元器件名细表 15附录 16武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书摘要近年来，由于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，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。因此用集成电路来实现更多 更复杂的器件功能则成为必然。可编程的彩灯控制电路很多，构成方式和采用的 集成片种类、数目更是五花八门，而且有专门的可编程循环彩灯控制电路。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。本次设计的可编程彩灯控制电路就是用寄存器、计数器和译码器等来实现， 其特点是用发光二极管显示，能实现可预置编程循环功能。关键词：数字逻辑电路集成电路彩灯控制 预置编程循环武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书彩灯循环控制电路的设计与制作1结构设计与方案选择1.1方案设计1.1.1 方案一二进制双向计数电路线8线译码电路彩灯显示电路武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书循环控制电路全亮控制电路图1 方案一的结构框图1）二进制双向计数电路：根据74LS193的逻辑功能，可通过其实现正向、反向彩灯循环，以及全部清零功能2）3线8线译码电路：通过74HC283实现对计数的译码，通过3位二进制输入 A B C ,共输出8种状态的组合，对 8组彩灯进行控制。3）全亮控制电路:通过DIP开关，将其全部置高电平时实现全亮，置低电平时对电路实现其他 功能不影响。按照构思将方案一进行实际的设计，来完成所规定的要求。考虑到实际情况 的复杂，故直接将其仿真以便改正，仿真原理图如图2所示。图2 方案一的原理图1.1.2方案二脉冲产生电路循环控制电路彩灯显示电路开关控制电路图3 方案二的结构框图1）脉冲产生电路:选用NE555定时器组成的多谐振荡器可以产生所需频率的脉冲。2）循环控制电路：由两片74LS194实现，每一片芯片能实现4位输出的左移、右移、清零和全亮，两个芯片就能对8组彩灯进行控制，全亮由高电平置数实现。按照构思将方案二进行实际的设计，来完成所规定的要求。考虑到实际情况的复杂，故直接将其仿真以便改正，仿真原理图如图4所示：1.2方案比较与选择方案一与方案二都能够完成要求，并且经过仿真都是正确的武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书从方案的优化方面比较，两个方案都能实现正向循环闪烁、反向循环闪烁、全亮和清零四种功能。但是方案一使用函数发生器。函数发生器价格昂贵，体积笨重。用在本系统，实属大材小用。方案二采用555产生秒脉冲。NE555电源范围宽，定时精度高使用方法灵活，应用十分广泛。用NE555构成多偕振荡器，可产生比较稳定且占空比可调的矩形脉冲。从方案的复杂程度比较，方案二用的基本理论较方案一简单些，方案一将全亮功能分开实现，而且还需要计数和译码；而方案二仅需要移位寄存器即可实现 四种功能。尽管方案一与方案二都有不足，而且在现实生产中可能都会遇到困难，但综合多个方面考虑决定采用方案二。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书2单元电路设计2.1脉冲产生电路用555定制器制作多谢振荡器的原理如图5所示:R10m：R9C114图5 脉冲产生电路555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小参数选择如下：R9=600K, R10=200K,，C=1uF输出信号的时间参数是:t w1武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书tw1 =0.7（ R9+R10）Ctw2 =0.7 R9 CC放电所需的时间其中，为Vc由k- A上升到- l- ' -所需的时间，tw2为电容2.2循环控制电路74LS194 是4位双向移位寄存器，它能实现数据保持、右移、左移、并行输入和并行输出的功能。图6 循环控制电路对于一个寄存器而言，将SO、S1都接高电平，置数1000 ;再将S1调置低电平，实现 1000 0100 0010 0001 1000右移循环；相反，将 S0接低电平， S1接高电平，则可实现左移循环。将两个74LS194级联，则可实现8位输出的左移和右移。而通过74LS194的清零端即可实现所有彩灯全灭功能对于彩灯一次全亮，可通过194芯片置数功能实现。将SO、S1全接高电平,而输入1111 1111，即可实现八盏灯全亮。2.3彩灯显示电路用发光二极管来实现彩灯的闪烁，二极管的阴极与保护电阻相连接地。连接二极管时要注意阴极和阳极的区分，免得出现二极管不亮时，盲从的检测，如图9所示。R1HRR2 卜R3R41 F4TR47RR6 卜WRR7RB<?R刖武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书图9 彩灯显示电路武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书3调试与检测3.1调试一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装，往往也难达到预期的结果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观因素（如元件值的误差，器件参数的分散性，分布参数的影响等），必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足，然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此，调试电子电路的技能对从事电子技术及其有关领域工作的人员来说， 是不应缺少的。一般用万用表进行调试。3.1.1调试方法电子电路调试方法有两种：分块调试和整体调试（1）分块调试法分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别进行调试。模块调试的顺序最好按信号的流向，一块一块进行，逐步扩大调试范围，最后完成 总调。实施分块调试有两种方法一种边安装边调试；另一种是总体电路一次组装 完毕后再分块调试。分块调试的优点：问题出现范围小，可及时发现，易于解决。（2）整体调试此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。3.1.2调试步骤（1）检查电路对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或与地短接，然后检查各芯片是否安装牢固，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出 现多接线的现象。（2）接通电源观察在做好第一步的基础上进行下一步。接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，按第一步重新检查电路对出现事故的电路部分进行着重的检查，直至发现 并排除错误。（3）工作开关断开的情况下的调试当第二步完成后，在断开开关的情况下用一个发光二极管检测脉冲信号的输出，各芯片的初始输出是否正确，如果存在问题，查找出原因并解决。（4）工作开关闭合的情况下的调试闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试结束 后观察调试后的结果是否符合设计要求。3.1.3调试结果第一次的调试的结果四种功能不是都正常工作，而且也不是所有的彩灯都可以按正常的设计结果闪烁。我们对出问题的部分进行分析，然后进行调试。最后调试到各部分电路正常的工作，通过对开关的控制，可以依次实现四种 功能。3.1.4调试中故障及解决办法由于电路中的芯 片、插线、面包板的质量、接触等都存在一定的问题，故调 试中出现问题是不可避免的在调试的过程中，我们小组发现在进行置数时，本应亮一盏灯，但是每次都 有另外三盏同时亮起。经过多次各种分析，我们发现是由于那三盏灯与接地开关 的连接导线连接不稳。由此进行调试，最后发现没有问题，可正常实现预期各种 功能。3.2检测将电源接通，看彩灯的闪烁情况，根据所出现的异常，每根导线的检测，再将 相关的芯片检测。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书纟士审五结束语这次电工电子课程设计是我们第一次做课程设计，所以对我们而言不仅十分 有意义，而且也是个挑战。它不仅仅让我们综合那些理论只是来运用到设计和创 新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能！在这次课程设计中，我感触最深的就是需要查阅大量资料。不仅有之前自己 所学的课内知识，还要查阅大量还未学或者课外的知识。另外，我发现，在学习 过程中带着问题去学效率会高得多。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的 提高都会受益于我以后的学习。在设计过程中，我发现了自己的不足，我对以前 所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。结合的重通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相 要意义，学会了坚持、耐心和努力武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书参考文献1 康华光，邹寿彬电子技术基础-数字部分（第 五版）北京：高等教育出版，2006.12 邓勇.数字电路设计完全手册.北京： 国防工业出版社， 20013 谢自美.电子线路设计实验测试（第二版）：华中科技大学出版社， 20034 孙梅生，李美莺，徐振英 .电子技术基础课程设计M.北京：高等教育出版社 梁宗善.电子技术基础课程设计M.武汉：华中理工大学出版社6吴友宇.数字电子技术基础.M武汉理工大学出版社.2008武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书元器件名细表元件名称代号数值单位个数备注移位寄存器74LS194/2555555/1R9600千欧1电阻R10200千欧1保护电阻200欧8电容C11uF1C20.01uF1面包板1发光二极管8武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书附录74LS194引脚图与芯片真值表资料74LS194真值表及管脚图附录图一和附录表一所示:V忙QdQiQ： q3cps武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书74LS194武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书CR SR Do Di D2 D3 SlVss武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书附录图一 74LS194 引脚图功能输人端出瓦 S,$ CP % 几 66or1 q;*1 QS+t or1请零Oxxxxxxxxx0 0 0 0探持1xxQxxXitxx03 Q? Q； Q?井人II1tXXdjdjdjJqcldj£右移10I1IXKXXXJ Qfi 0； OS- 01t0XKstXK0® Qf Q"左移Q' 送 Q；itlOtxOXKKX估Q；Q；o保持100XXVKxXX<?S Qf Q； Q；附录表一 74LS194 功能表555引脚图与芯片真值表资料电源负端触发输入端输出端强制复tfc端电压正端阀值输入端电压控制端555真值表及管脚图附录图二和附录表二所示:1 82 75553 (5附录图二 555 引脚图输入信号组合输出及三极管状态RdVi1 （ 6端输入信号）Vi2 （ 2端输入信号）V0 （输出电压）T的状态0XX低电平导通12/3VCC> 1/3VCC不变不变1> 2/3VCC1/3VCC高电平（不定）截止12/3VCC1/3VCC高电平截止1> 2/3VCC> 1/3VCC低电平导通附录表二555 功能表武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书R10设计方案原理图:R1 47R<TEXT>R247R 灯EXDD2R3 47R<TEXT：R4 47R <TEXT>R547R 仃曰ITR6 4?R <TEXT>R7 47R <TBCTJRB<TEXT>LED - <TBCT>LED <TBa>D3 LED D4 血nr led<TEKT>D5<TE>a> |口 l o c o o口 L CM 円 o o o oDGD8LEDT£a>LED <TBCT> 181U3 <R ?n .Jcva CTR fTHU1 74LS194 TEXT>U2 74LS194 <TBCT 卜ZjaR9TEH、NS555TEXTC2O.DIuScSS霧朮总扇范里I SW15W-SPDT 丰C1八 w<TBOiTEXT、SW4o swspirr灯曰e SPOT