个一组共组循环彩灯设计方案

河南城建学院电子技术基础课程设计报告循环彩灯控制器姓 名：学 号：专业班级：指导老师：所在院系： 电气与信息工程学院2014年6月19日摘要19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占 有越来越重要的地位。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到 彩色流水灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得 到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场 上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一， 这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需 要来调节亮灯时间。因此，在原有的基础上改进，设计这款彩灯循环彩灯控制器， 通过对NE555集成时基电路和计数器/译码分配器 CD4017等集成块的合理组建，实 现了对彩灯的循环控制功能。动态霓虹灯应该聚而不散、不能为了追求“跳跃”而给人凌乱的感觉，不管采 用何种色彩，何种图案，都应该有顺序地渐变和跳跃，给受众一种秩序感，主次感、 并便于受众顺着有规律的节奏接着看第二次、第二次。在设计制作时，既要给人以 变幻的吸引力，又要主次分明，没有色彩和图案紊乱的感觉。变换、闪烁、跳跃式 的霓虹灯为促进销售，为营造欢乐、多姿多彩的生活正越来越受到人们的重视与欢 迎。本文主要介绍了由CD4017与 555多谐振荡电路组成的循环彩灯控制器， 提出要 求后，然后设计方案，根据方案设计电路，中间有详细分部分介绍电路，电路的原 理，制作方法以及由此产生的一些问题，和调试过程，并记录下仿真与实际的循环 过程，最终得出自己的结论与心得。关键词：CD4017计数脉冲分配器 555 定时器目录1. 概述31.1 市场调查分析31.2 意义32. 系统总体方案及硬件设计42.1设计要求42.2设计思路42.3元器件介绍53. 各模块设计83.1单元电路设计83.2电路分析94. 软件仿真114.1分别对各部分电路仿真 114.2电路的调试 154.3结果分析155. 课程设计体会 16参考文献17附录一18附录二191 概述循环彩灯控制器的需求分析是产品设计及生产的首要前提，通过分析来了解该 产品的市场需求。根据市场的需求来完善其功能，以满足市场需要。1.1市场调查分析根据市场需求的调查显示，许多商业广告、公益广告、娱乐场所等，大多采用 循环彩灯控制器的形式。它们通过巧妙构思与创作，做到广告、彩灯等作品色彩鲜 艳，富有创意，变化形式丰富，起着宣传和美化环境的作用，营造文明亮丽氛围， 总体来说彩灯控制电路运用极其广泛。1.2意义在当今，科技迅速发展，人们的生活水平提高了，在这基础上，消费普遍增长, 为满足消费者的需求，供人们消费的地方迅速扩长。彩灯的应用也成为其中不可或 缺的一部分。依据需求，应用彩灯控制原理来实现不同场所的氛围环境，充分突出其作用。 循环彩灯在很多方面起着装饰、美化等多种效果。随着时代的发展和社会的进步，电子技术已经普及到我们的生活、工作和科研 等各个领域。而在当今的各种文艺演出场所，如舞厅、剧院等，灯光控制是一项重 要的工作。那些五彩斑斓、变化不定的灯光能有效地烘托演出气氛，突出主题。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。也随着技术的不断更新以及人们对其的追求，在彩灯控制这一领域得到很大的 发展，不同种类的、不同形状的、最新的等应运而生。促使彩灯控制领域迅速发展, 使其得到更广泛的应用。2 系统方案及硬件设施2.1设计要求（1）共有红、绿、黄 3色彩灯各9个，要求安一定顺序和时间关系运行（2）动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按 0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S,再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。2.2设计思路方案一：提供的元件主要有CD401十进制计数脉冲分配器，NE555定时器实现方案框架图如下所示：3个一组红、黄，绿灯依次0.5s跑循环电路9个一组红、黄， 绿灯各持续亮5s图2.2方案框架图该任务要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按 0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。根据此要求电路总体上可以分为三部分：一部分电路为控制0.5s的跑动，一部分电路为控制 5s的跑动，一部分电路为实现这两种跑动的循环。 因此可以 选用一个555多谐振荡器（周期为 0.5秒，然后使用4017实现分频，使周期为 5秒）用来控制 跑动的速度，再选两个 4017芯片，因为4017芯片在正常工作下，连续送入时钟脉冲时，其十个输出端会依次输出高电平，这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动，用一个4017芯片来点亮5s的跑动。因为这两个周期恰好为 10倍关系，故5s周期的4017的Q0端口可以实现控制 0.5s 周期的4017的开通与关闭，选用一个9014NPN改装成非门从而来实现循环功能， 即用9014来控 制4017芯片的开通和关闭，最后加上复位电路即可实现实验目的。 27个彩灯分组，红灯每三个分为一组，绿灯每三个为一组，黄灯每三个为一组，共九组。 需要一个555多谐振荡器，实现 0.5s的跑动频率。 需要两个加法计数器和一个译码器，两个74161计算器组成一个三十九进制的计算器，输入0.5s的脉冲源，计数器输出端接一个7442译码器，译码器输出端接彩灯。 计数器从0000 0000开始计算，0000 0000到0000 1000分别控制三种颜色的灯亮 0.5s，0000 1001到0001 0000控制红灯亮5s，绿灯、黄灯同理，一直计数计算到0010 0101，清零循环。由于这个方案设计起来需要大量的门电路，而且连线非常多，所以最终选择方案一。2.3元器件介绍a. CD4017真值表表一 CD4017真值表输入输出CPINHCRCOXXHQq计数脉冲 为岛弋 时；CO=H1LL计数HLLXL计数脉冲 为小 时：CO=LXHLXLXtLb. CD4017 应用1.用一个CD4017制作的彩灯电路如图 1所示。-榦:側图2.3.1 CD4017彩灯电路图c. 555定时器的内部逻辑电路如下图所示：图232 555 内部原理图OUT上图中TR为低触发端，TH为高触发端，Rd为清零端，CO为控制电压端，D是放电端, 是输出端，Vcc是电源端。d. 555定时器的逻辑功能表：表2 555 逻辑功能表输入输出RdVmVi 2VoTd0XX0导通1VCC3 CC30导通11vcc不变不变13H2VccEtVcc1截止12H_VCC3 童VCC1截止e. 555构成的多谐振荡器图2.3.3 ( a) 555构成的多谐振荡器电路图(b)电压波形图555多谐振荡器的周期公式为T=( Ri+2R)CI n2555多谐振荡器的输出接口接到4017的CLK端口，将脉冲输送给40173各模块设计3.1单元电路设计在整个电路中，其主要的组成部分有：555定时器和4017芯片组成的3个一组0.5s依次跑动:q 4017EP_SV图构成0.5s跑动电路图（由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是0.5s）NE555定时器和CD4017芯片组成的9个一组持续亮5s :图构成5s跑动电路图（由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是5s）NPN组成的一个循环电路：（本来是要用hc4060+CD4013（ D触发器，用它做2分频电路）+32768HZ的晶振组成秒定时，产生秒脉冲来做循环电路的，不过由于其中的芯片没接触过也比较复杂，所以就没用此方案， 改为用NPN组成的循环电路。）3.2设计过程中各个单元的详细原理、电路图第一部分电路：实现3个一组红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次跑动一次的电路，电路 如下图：匕対 K4 4 叭 F MG*14 KIM XIS X17 KI* X1BJC21 XM X2S X27图三个一组红灯跑动电路图此电路主要用到一个 555多谐振荡器和一个 4017芯片，4017芯片有十个输出端口，而每 3个一组的灯都接一个 4017的输出端口，这样可控制任务中的9组灯。电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使 4017芯片的输出端(01, 02, 03，04, 05，06, 07, 08,09)依次为高电平，这样就控制彩灯不断的跑动！第二部分电路：用来实现全部9个一组红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。电路如下图:图九个一组红灯亮5s电路图此电路主要用到一个 555多谐振荡器和一个 4017芯片,4017芯片有十个输出端，而每 9个一组的灯都接一个 4017的输出端（共接三个），这样可控制任务中的3组灯。电路中的555多谐振荡器的输出端接 4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使 4017芯片的输出端（01, 02，03）依次为高电平，这样 就控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环！第三部分电路：用来实现两种的跑动不断循环。此部分电路主要是用一个NPN改装成的非门来实现交替循环工作！X1VDDH5VVCCDISTHRTRICONGNDRST OUT55 R45kQU5 TIMELR_RATEDU2R1100Q_)CLK1 VDD jCLK2 Q0 _ RST Q1Q2 Q3Q4 Q5Q6Q7Q8Q9VSS Q5-94软件仿真4.1分别对各部分电路仿真第一部分电路：此电路用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有 十个端口，而每三个一组的灯都接到一个 4017的输出端口，这样可以控制9组灯， 实现三个一组红灯，后绿灯，再黄灯分别跑动一次的电路，电路仿真图如下图：X2 X3 X6 X9 X10X11X18X254017BP 5VC310 nFC410nFR3100Q图三个一组红灯亮的电路仿真图x63XVDD5VCLK1 -CLK2!STVSS Q5-95 TIMER RATEDR1100 0，6 8k QU 0 12 34 56 789 UQQQQQQQQQQVCCRSTOUTDISTHRTRICONGND52529X2.5 V .丿：.5 VX12.5 V2.5 V2.5 V4017BP 5VC3丄 10 nFC410nFR3100 Q图三个一组绿灯亮的电路仿真图X1X2X9 X10X11VDD5V555 TIMERRATEDR4kQR1100 Q8k Q4017BP 5VC3=10 nFC410 nF11CLKCLRST95QssVVCCRSTOUTDISTHRTRICONGND5 vQX3X6X4XJ52.5 V 5 V 02.5T5 VX17.5 VX18X252.5 V2.5 V2.5 VDo 123456789DQQQQQQQQQQ VR3100 Q图三个一组黄灯亮的电路仿真图第二部分电路：此部分电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，401 有十个输出端口，而每九个一组的灯都接到一个 4017的输出端（共接三个），这样 可以控制三组灯用来实现全部 9个一组红灯，再绿灯，后黄灯，各亮一次，电路仿 真图如下图：R35kQU1U2RST OUT625DISTHRTRICONGNDR1100QCLK1 CLK2 RSTLM555CMVDDQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9VSS Q5-94017BP_5VC110nFC210nFX2X3X4X9X16X19X182.52.52.52.5X5X：0X25VDDV55 V2X6X14X8X12X17X：X242.5.55 V2 5.5 QX262.5 V 2.5 V2d 一2屯1X2X22X10图九个一组红灯亮的电路仿真图X2X3X4X9X16X22X18VDDX12.5 V 2.5 V2.5 V2.5 V 2.5 VX192.2.5 V 2.5 V 2.5 VX5X7 X13X27X11X155 VIF2 5 V_)5 V -X20Q9VSS Q5-9Q7Q8Q6CLK2 Q0RST Q1CLK1 VDD2.22.5 VX10X14X8X12X17X21X24525 V5 V22.5 V 2.5 V_丄.1R3kQU1U2LM555CMC210nFR1100Q5 v r 2：.5 V5 VJ5VX64017BP_5V.5 VJ口X265 V R 2Jr5 V2.5 V2,_ !5 V (C110nF2 3QQR2_8kQVCCRSTOUTDISTHRTRICONGND7625图 九个一组绿灯亮的电路仿真图VDDX1o5V 1X22.5X7X32.5 VXX42.5X27X92.5X11X6X102 5 VX14X162.5 VXX192.X20X222.5X2冷X182.5 V -2.5 V8VCCRST OUTDISTHR76U13R2R1100QCON；8Q25TRIGNDLM555CM2.51JX85LJX12X17X21.5JX24.5 VX26CLK1 VDD CLK2 Q0 RST Q1225 VU22.5 V5 V 一2.5 V 一 2.5 V_.5 vJ.5 Q .2._2 3QQ5 VD_lQQQQQQ9VSS Q5-94017BP_5VC1C2.伽F丄10 nF图九个一组的黄灯亮的电路仿真图第三部分电路：用来实现两种的跑动不断循环：VDD5VRST7R1R3LM555CM4017BP 5VC2DO123456789DQQQQQQQQQQVc R95QssVDISTHRTRICON100R65k CU2VCCRST OUTDISC1丄 10 nF 亠 10 nF丄I YOX42.VX12.5电X15X162.5X10X1422.5X9 X5J13.5- 2.5 V *25 V-；Zx8Z=XX19X22X21*X24X7V2.5Vj5 y 2.5X1847THRTRICONGNDC310nFC410nFLM555CR2 XX：4=2.5 V X132.5 V X12.5 V X162.5 第 X21：5lX1923一$割 X222.5 V X25WU14A-74A32mU6AIIC1 浮 10C2R35Q2675k R54CONTRI THRDIS RSTGNDOUTT3VC1 Tc-8-U1LM555CM R1广 100 QVSScCKKU3401 ?QQS_857Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0V DD5VVDD32M fUTAM7474AS32M74AS32MT0A 74As32m11AM3 13A74AS32MU12A74AS32MIIC3 10 nF IIC4 10nFt-R46 3kJVV1v5k QCONTRI THR DIS RSTGNDVCOUTU2LM555CM1QRSTVSS401ccKK1u4857Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0VDD7BPQ85VQ ?i ri 11 i r成绩评定、评语（根据学生答辩情况及其论文质量综合评定）、成绩指导教师签字： 年 月 日