循环彩灯控制器设计

华侨大学厦门工学院数电课程设计报告题目：循环彩灯控制器设计专业、班级：学生姓名：学号：指导教师：分数:2011年12月8日目录摘要................................................................3课程设计任务书.............................................................................................41结构设计与方案选择.................................................41.1方案设计..........................................................41.1.1方案一................................................................................................41.1.2方案二................................................................................................61.2方案比较与选择..........................................................................................72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..............................................................................................92.4双D触发器分频电路.................................................................................103调试与检测.........................................................113.1调试.............................................................................................................113.1.1调试方法..........................................................................................123.1.2调试步骤..........................................................................................123.1.3调试结果..........................................................................................133.1.4调试中故障及解决办法...................................................................133.2检测............................................................................................................13结束语...............................................................14参考文献.............................................................15附录...............................................................15摘要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。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。而具体的课程设计既可以提高我们的动手能力和实际分析问题能力，还有助于我们加深对数字电路的认识和了解，进一步激发学习的兴趣，为后续学习打下坚实基础。关键词：数字逻辑电路集成电路彩灯控制预置编程循环彩灯循环控制电路的设计与制作课程设计任务书一．设计题目:循环彩灯控制器电路二．主要内容及要求设计一电路控制彩灯的循环显示，要求８个发光二极管排成一行，二极管的亮灭构成彩灯图形，要能循环显示如下4种彩色图案。（1）彩灯自左到右渐亮至全亮。（2）彩灯自右到左渐灭至全灭。（3）彩灯全亮。（4）彩灯全灭。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3线8线译码电路彩灯显示电路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ABC,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方案二图3方案二的结构框图图4方案二的原理图1)脉冲产生电路：选用CD4060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：脉冲产生电路循环控制电路彩灯显示电路开关控制电路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。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CD4060产生秒脉冲。CD4060电源范围宽，定时精度高使用方法灵活，应用十分广泛。用CD4060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。2单元电路设计2.1脉冲产生电路CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。CD4060引脚图:CD4060引脚功能图CD4060秒脉冲发生器电路:图2CD4060秒脉冲发生器脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。如晶振为32768Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出，电路图如图2所示。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S0、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S0、S1全接高电平，而输入11111111，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。图9彩灯显示电路2.4双D触发器分频电路引脚：11端与3端为原时钟输入端5端与9端为变换后的时钟输出端2端与6端联接，8端与12端联接7端接电源负极、14端接电源正极分频：1，2，3，4，5，6为一组，8，9，10，11，12，13为一组如果要得到二分频，原时钟需接3端或11端，5端或9端为变换后的时钟输出端如果要得到四分频，原时钟需接3端并且5端接11端，9端为四分频输出端；或者是原时钟接11端二分频：四分频：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