电子技术课程设计报告-彩灯

电子技术课程设计报告报告题目：彩灯控制器作者所在系部：电子工程系作者所在专业：通信工程作者所在班级：B07233作者姓名：唐美杰作者学号：20074023333指导教师姓名：张增良完成时间：2009年6月26日北华航天工业学院电子工程系制课程设计任务书课题名称彩灯控制器完成时间6.26指导教师张增良职称副教授学生姓名唐美杰班级B07233总体设计要求和技术要点设计一个数字式电容测量仪电路，要求如下：1.控制器有四种输出，每种驱动四只LED；2.16只LED组成彩灯图案，图案的状态变换有三种；3.图案的状态变换能实现定时自动切换；4.图案的状态变换速度有快、慢两种；5.控制器具有清零的功能。工作内容及时间进度安排第17周：周1～周4立题论证方案设计周5检查课程设计进展情况第18周：周1～周3仿真实验周4～周5验收答辩课程设计成果1．课程设计的仿真结果2．课程设计报告书I摘要现在彩灯已经成为社会活动和日常生活必不可少的器件，因此对彩灯控制的研究也显得尤为重要。而平时我们所看到的各种彩灯图案大部分由左右移动、暗点移动、逐渐亮再逐渐暗三种状态组合而成。本课题为彩灯控制器，其最终的仿真效果是产生左右移动、暗点移动、逐渐亮再逐渐暗三种图案的依次变换，并且在一定时间内，每种图案产生其相应的状态变换。关键字分频移位寄存负脉冲清零置数II目录一．概述..................................................................1二．方案设计与论证........................................................1三．单元电路设计与分析.....................................................21.彩灯图案及图案变换的设计.............................................22.状态变换产生电路的设计................................................23．初态产生电路的设计....................................错误!未定义书签。4.初态置入控制电路的设计.................................................45.环形计数控制电路和速度变换产生电路的设计...............................46.时钟信号产生电路的设计.................................................57.驱动电路的设计.........................................................68.清零电路的设计.........................................................6四．总原理图及元器件清单....................................................71.总原理图................................................................72.工作原理................................................................73.元器件清单..............................................................8五．结论...................................................................8六．心得体会...............................................................8参考文献...................................................................91一．概述分频器4060产生三种时钟信号CP2CP1和CP0，其频率分别为8Hz4Hz和0.25Hz。CP0去控制产生置数脉冲的74LS123和产生初态74LS161，以使置数脉冲与初态同步。74LS161接成三进制计数器，计数循环为1101→1110→1111→1101，经过适当的组合逻辑变换产生三种图案的初态，即1010→1110→1111→1010，并将其送至74LS195的数据输入端，双四选一数据选择器74LS153的2Y作为74LS195的时钟信号控制速度变换，1Y接74LS195的JK实现环扭控制。当1Y输出Q3，2Y输出CP1且置数脉冲置入初态1010时，产生“左右摆动”的图案；当1Y输出Q3,2Y输出CP2且置数脉冲置入初态为1110时，产生“暗点移动”的图案；当1Y输出Q3',2Y输出CP2且置数脉冲置入的初态为1111时，产生“逐渐亮再逐渐灭”的图案。二．方案设计与论证彩灯图案变换一般有旋转、移位和闪动3种形式。每种图案的状态变换常以环形和扭环形计数器的计数循环状态来实现，而环形和扭环形计数器一般由移位寄存器经适当的反馈连线构成。通过改变移位脉冲的时钟频率即可改变每种图案状态变换的速度。再用规则的顺序脉冲去控制图案状态变换的保持时间，就能实现不同图案变换的自动切换。按照设计思路，可得到如图所示的彩灯控制组成方框图。2三．单元电路设计与分析1.彩灯图案及图案变换的设计可根据使用场所的不同来设计不同的彩灯图案，本题的图案变幻拟采用以下三种形式：（1）左右摆动这种图案的状态变换有两种状态构成,它们之间关系为01011010。高电平时LED为亮，低电平时则为暗，所以这两种状态之间的相互转化就形成了“左右摆动”图案。（2）暗点移动这种图由四种状态构成,其变换过程为1110→0111→1011→1101→1110.低电平(暗点)逐位循环右移,这四种状态之间的转化就形成了“暗点移动”的图案。(3)逐渐亮再逐渐暗这种图案的状态变换由8种状态构成，其转换过程为0000→1000→1100→1110→1111→0111→0011→0001→0000。从0000到1111LED从左到右逐渐点亮，而从1111到0000，LED从左到右逐渐变暗，形成“逐渐亮再逐渐暗”的图案。2.状态变换产生电路的设计从彩灯控制器所采用地种图案的设计可以看出：“左右摆动”和“暗点移动”这2种图案的各种状态可由移位寄存器的环形计数器获得，而“逐渐亮再逐渐暗”的各种状态则可以通过移位寄存器的扭环形计数器得到。由此可见，状态变换产生电路可由移位寄存器通过适当的反馈电路构成的环形和扭环形计数器来实现。74LS195是四位通用移位寄存器，如下图3D04D15D26D37J2K3CLK10S/L9MR1Q015Q114Q213Q312Q311U174LS1953.初态产生电路的设计用74LS161和74LS00接成一个三进制计数器,其计数循环为1101→1110→1111→1101,在将74LS161数据送至74LS195的数据输入端时,把74LS161的Q0与74LS195的D3相连,Q1与D2和D0相连,Q2与D1相连,这样就产生了三种图案的初态,其变化为:1010→1110→1111→1010,初态为1010时产生“左右摆动”图案，初态为1010时产生“暗点移动”图案，初态为1111时产生“逐渐亮再逐渐暗”图案。初态产生电路图为D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U274LS161456U7:B74LS001098U7:C74LS00131211U7:D74LS00U2(ENP)VALUE=54CX14RX/CX15A1B2MR3Q13Q4U3:A74LS123R280kC1100u4.初态置入控制电路的设计用单稳态触发器74LS123产生的置数脉冲把三种图案的初态送至状态变换产生电路.74LS123的时钟信号输入端B接与74LS161一样的时钟信号，此时置数脉冲与初态同步,并将初态送至74LS195的置数端.来一个脉冲，74LS195置一个初态,稳态时,产生与初态相对应的图案。5.环扭计数控制电路和速度变换产生电路的设计在彩灯控制的三种图案中，＂左右摆动＂和＂暗点移动＂图案的状态变换数由环形计数器产生的，需将74LS195的Q3端与JK'端相连才能得到，而逐渐亮再逐渐暗的状态变换则由扭环形计数器产生，此时应将74LS195的Q3'端与JK’端相连。JK'与Q3或Q3'之间的连接可以通过数据选择器来实现，由于只有3种图案，且左右摆动和暗点移动这两种图案都是Q3与JK'相连，所以JK'与Q3或Q3'之间的连接可采用4选1数据选择器来实现，数据选择器的数据输入端接74LS195的Q3与Q3'端，输出端接JK'端；数据选择器的功能接成三进制的74LS161的低二位来实现，即74LS153的A、B端分别接74LS161的输出端D0、D1端。74LS195时钟输入端CP选择的是不同频率的时钟时钟，因此速度变化产生电路也可由4选1数据选择器来实现。综上，环扭形计数控制电路和速度变化产生电路可由一个双4选1数据选择器74LS153和一个2位三进制计数器（74LS161的低二位）来实现。环扭计数控制电路和速度变换产生电路如下所示。5⒍时钟信号产生电路的设计该电路的主要功能是产生不同频率的时钟信号，对于整个彩灯控制器的同步控制和图案状态变换的速度控制。也就是说，该电路产生的时钟信号有两个去向：频率最低的时钟信号去控制出台产生电路、初态置入控制电路，该时钟信号决定了图案状态变换的持续时间；其他频率的时钟信号则用于图案状态变换速度的控制。由于彩灯控制器中要用到多个频率的时钟信号，在此可以考虑14位二进制串行计数器/分频器4060来实现。时钟信号产生电路如下图所示1X061Y71X151X241X332X0102Y92X1112X2122X313A14B21E12E15U474LS153123U10:A74LS00D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U574LS161U5(ENP)RS11MR12Q37Q45Q54Q66Q714Q813Q915Q111Q122Q133CTC9RTC10U64060U6(RS)6本课题三种图案的变换采用了相同的持续时间8s，三种图案的状态变换情况如下：对于左右摆动图案，状态间变化所需时间为0.25s，8s内循环16个周期。对于暗点移动图案，状态间变化所需时间为0.125s，8s内循环16个周期。对于逐渐亮再逐渐暗图案，状态间变化所需时间为0.125s，8s内循环8个周期。⒎清零电路的设计清零的电路的功能主要是针对2个三进制计数器、单稳态触发电路和状态变换产生电路进行复位清零，而且对这几部分电路的清零必须同时进行，以保证三种图案能够正确切换。经过清零过程，可使74LS195构成的电路能够产生逐渐亮再逐渐暗图案的状态变换。另外清零电路还作用于74LS161构成的初态产生电路，目的是在清零过程中，利用CP0的上升沿来把1101置入其中。本题目中的清零电路的构成很简单，只用一个接地按键和一个限流电阻即可实现清零复位的功能。8.驱动电路的设计驱动电路应根据每一组驱动彩灯的总电流来进行选取。实验中可选用一般的门电路或OC门电路。设计彩灯控制器时因每组只需4个LED，总电流较小，所以选用4-2输入与门74LS08作为驱动电路即可。7四．总原理图及元器件清单1．总原理图D04D15D26D37J2K3CLK10S/L9MR1Q015Q114Q213Q312Q311U174LS195D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT1