多功能流水灯

1课程设计说明书课程设计名称：数字逻辑课程设计课程设计题目：多功能流水灯学院名称：信息工程学院专业：计算机科学与技术班级：xxxx学号：xxx姓名：xxx评分：教师：2012年x月x日2数字逻辑课程设计任务书2011－2012学年第二学期第18周－19周题目多功能流水灯内容及要求设计一个灯流水控制电路。主要实现定时功能。即在预定时间下实现一个控制信号来控制灯的流向和间歇，此功能可用可逆计数器和译码器来实现正，逆流水。用到的器件有CD4510，CD4028.CD4017，CD4013，NE555.发光二极管。要求：能实现正，逆流水，电路还应能实现自控，手控及流向的控制。进度安排：1、根据任务要求，查阅相关资料，完成设计的前期工作；（两天）2、根据资料，进行方案设计并对比论证，完成参数计算；（三天）3、库房领取元器件，联接电路，完成电路调试；（五天）4、检查完毕后，撰写实验报告。学生姓名：xxxxxx指导时间2012,6.11-----2012.6.22指导地点：E楼504室任务下达2012年6月11日任务完成2012年6月22日考核方式1.评阅□2.答辩□3.实际操作█4.其它□指导教师xxx系（部）主任3摘要在电子产品普及的今天，我们经常看到各种各样指示灯，其中逻辑电路设计的多功能流水灯，就是其中具有代表性的一种。这款电路设计是利用数字电子集成芯片而建立的，其中尤以计时器，触发器应用最为突出。本次设计用芯片CD4510可预置可逆计数器产生的数字信号给芯片CD4028译码实现流水灯的正、逆流水功能。然后运用芯片CD4013锁存和芯片NE555产生多谐震荡从而实现流水灯的正、逆流水和手控、自控功能。本设计利用芯片NE555产生的多谐振荡产生连续脉冲作为芯片CD4510的脉冲源，并且通过调节100K的电阻从而改变时钟脉冲的频率，从而改变流速，再通过芯片CD4013与芯片CD4510完成正逆流水功能，最终完成多功能流水的作用。在确定方案后，通过查阅设计指导书，以及上网查询相关资料和指导老师的帮助下，最终完成了电路的设计。关键字：正，逆流水。流水灯多功能自控.4目录引言…………………………………………………………………………5第一章系统组成及工作原理…………………………………………61.1设计要求…………………………………………………61.2系统组成…………………………………………………61.3工作原理……………………………………………7第二章具体方案选择及工作原理…………………………………………82.1方案一…………………………………………………………82.1.1方案一原理图…………………………………………82.1.2方案一电路工作原理………………………………………82.2方案二………………………………………………………………92.2.1NE555时钟信号电路……………………………………102.2.2计数器译码电路………………………………………112.2.3控制电路………………………………………………122.2.4总体方案……………………………………………………13第三章实验，调试及测试结果与分析……………………………………15结论…………………………………………………………………………………16参考文献……………………………………………………………………………17附录………………………………………………………………………………18附录A芯片功能管脚图及真值表……………………………18附录B元件清单………………………………………………23附录C电路原理总图…………………………………………245引言随着人们对科技的创新和引用及普。其中应用做、最为广泛的一门学科“数字逻辑”在人们的日常生活中越来越被重视，然，本次实验所设计的多功能流水灯就是一款即实用有简单，明了的一项发明。正是由于这项发明，为我们带来了太多的实用价值。如在一些广告应用。和游戏方面同样有着一定的贡献。多功能流水灯：是要具有一定的变化规律的功能，主要采用了计数器、译码器、多谐振荡等电路来实现的。多谐振荡电路给其它的电路提供脉冲源，设计过程中需要了解相关芯片（NE555、CD4017、CD4510、CD4028、CD4013）的具体功能，引脚图，真值表，从而认真布局，在连接过程中更要仔细认真，以便保证实验能够一次通过。而且对实验找错更能快速的查找及更正。6第一章设计要求及原理设计1.1设计要求1.1.1设计一个发光二极管流水控制电路，使其能够产生一个控制信号控制发光二极管光变化的功能。1.1.2该发光二极管控制电路，在完成基本变化的基础上，可以实现灯的流动方向、间歇等变化的要求。1.1.3给发光二极管流水控制电路一个控制信号，由此信号通过利用所设计的电路来实现自控、手控、流向控制等全方位功能。1.2系统组成原理框图如图1.2：振荡源计数器译码器光源电路图1.1设计原理框图7驱动控制电路1.3工作原理多功能流水灯；采用NE555做为本次实验的脉冲信号，在以此信号给可逆计数器来控制可逆流向，并用译码器把实现的功能翻译成可视信号。这就是为什么要用二极管来接在译码器的输出端的原因。但是为了可以控制信号的流速所以在设计时加入了电阻值较大的电阻来实现这一功能。而本次试验又要实现自控的功能。所以对可逆计数器就必须要加以自控功能。因此引用双D触发器来实现自控的功能。在实验过程中接通电源后，由NE555产生连续脉冲作为计数器的时钟脉冲源。再通过调节电阻，从而改变灯的流速。再选用可逆计数器来控制灯的流向。而用双D触发器的控制来实现自控。最后由二极管的发光是否来表明是否工作。振荡源分频电路计数器译码器图1.2都动能流水原理框图8第二章具体设计方案2.1方案一2.1.1电路原理图如图2.1图2.1方案一原理图2.1.2电路工作原理设计的多功能流水灯原理电路图如上图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。在设计电路时，本次实验选用的脉冲发生器是由NE555与R2、RP及C3组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光变换控制器提供变9换控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器RP（100K）进行调节。由于RP的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。灯光流动控制器由两个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。CD4017的CP端受脉冲发生器（NE555）输出脉冲的控制，其输出端(Q0~Q9)将输入脉冲按输入顺序依次分配。输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。12个电阻与CD4017（1）的10个输出端Q0~Q9相连，当Q0~Q9依次输出控制脉冲时6个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，然后从中间向两边散开依次点亮；另外12个电阻与CD4017（2）的10个输出端Q0~Q9相连，当Q0~Q9依次输出控制脉冲时6个发光二极管按照接通回路的逆向依次发光，然后从两边向中间依次点亮，形成流动发光状态。从而实现流水灯正向和逆向流水功能。本次设计电路所采用的电源为直流5V电压。此电路仅仅考虑了流水灯的多向流动功能，且发光二极管的个数也只有6个，从而使得整个电路比较得单调。本文为了弥补这个缺陷，作了进一步的改进，设计出了第二个方案。2.2方案二2.2.1.NE555时钟信号电路如图2.2（a）10U2LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R12kΩR2500kΩKey=A15%C110nFVCC5V35VCCC210nF20图2.2（a）555组成的多谐振荡器定时器由一块时基集成电路NE555和C1、C2、R1、R2等组成（其中C1为延时充电电容，C2为抗干扰隔离电容，R1、R2为延时充电电阻，而R2又为放电电阻）。接通电源后，VCC经R1R2给电容C1充电。由于电容上电压不能突变，电源刚接通时υCVCC／3，所以555内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，即RD=1，SD=0，基本RS触发器置1，输出端Q为高电平。此时Q=O，使内部放电管截止。当υC上升到大于Vcc／3时，RD=1，SD=1，基本RS触发器状态不变，即输出端Q仍为高电平，当VC上升到略大于2VCC／3时，Rn=0，SD=1，基本RS触发器置0，输出端Q为低电平。这时Q=1，使内部放电管饱合导通。于是电容C1经R2和内部放电管放电，υc按指数规律减小。当υC下降略小于Vcc／3时，内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，基本RS触发器置1，输出高电平。这时，Q=0，内部放电管截止。于是C结束放电并重新开始充电。如此循环不止，输出端就得到一系列矩形脉冲，如图2.2（b）所示。11图2.2（b）矩形脉冲波形2.2.2.计数器译码电路：电路由计数器CD4510和译码器CD4028组成，实现10个彩灯的正逆流水和间歇流水功能。12图2.3计数器译码电路2.2.3．控制电路：控制电路部分主要是实现流水灯的手控和自控功能，主要利用计数器CD4510和双D触发器CD4013组成。132.2.4.总体方案：图2.4方案二电路原理总图14如图2.4为多功能流水灯控制电路。如图2.4所示，多功能流水灯主要由时钟信号发生器、可预置加减计数器、4-10线译码器和D触发器反馈控制电路组成。时钟信号发生器由NE555构成，产生信号频率为f=1/T=1/0.7(R1+R2)C（式2.1）根据图示参数可知频率在1HZ左右，信号频率控制彩灯的流速。时钟信号发生器产生的脉冲作为计数器CD4510的脉冲源。U1的10脚U/D端为加/减计数控制端，当10脚为高电平时，U1作加法计数，当10脚为高电平时，U1作加法计数。CD4028是4-10线译码器。CD4013是双D触发器，其D端与Q*端相连，构成计数状态，即CP端每有一个脉冲出现，触发器的状态就将改变一次。当电路接通电源时，振荡电路产生脉冲波形给计数器CD4510，U2的（6）脚为低电平，U3的（10）脚也为低电平，所以U3的（3）脚也为低电平，由D触发器的R=Q*得U2的（10）为高电平，使U2作加法计数。计数器输出经过译码器后，在U3的是个输出端依次输出高电平。当计数到十个时，U3的(5)脚为高电平，接U4D触发器的CP端，使U2的（10）从高电平变为低电平，计数器作减法运算，使得U3输出端逆向依次输出高电平，当U3的（3）脚输出高电平时，又重复上述过程，从而实现流水灯的正逆自动流水功能。U2的（10）脚通过开关J2和J3分别可以和电源或地相连，当连电源时，计数器作加法运算，流水灯作正向流水；当连地时，计数器作减法运算，流水灯作逆向流水，从而实现流水灯的手动控制正或逆流水。U2的（6）脚接开关J1，当开关接地时，使（6）脚输出置0，从而实现流水灯间歇流水。15第三章实验，调试及测试结果与分析首先完成课题正确的设计方案，找好良好地元器件，准备好本次实验所需的工具，接后进行测试。实验测试前必须完成以下步骤：1．设计首先应把设计好的电路图，进行仿真实验。如果没得到正确的实验现象。则需对实验电路图进行相应的修改，直到得到正确的结果。2．仿真得出正确的实验现象后，才能开始实验连接。3．连接完成后，仔细对照原理图，检查电路是否有接线错接的现象。用万用表再次检查主要路线是否有短路。用仪器检查芯片工作是否正常。4．检查无误后才能插上芯片进行通电测试。完成上述步骤后，接通电源进行测试，实验成功的现象应为：1．当开关接J1接1档，开关接J3接2档时，出现流水灯正逆自动流水的现象。2．当开关接J1接1档，开关接J3接1档时，开关接J2接1档时，出现流水灯正向流水的现象。3．当开关接J1接1档，开关接J3接1档时，开关接J2接2档时，出现流水灯逆向流水的现象。4．当开关J1接2档，出现流水灯间歇流水的现象。5．调节滑动变阻器(100K)，可改变流水灯的流速。至此，多功能流水灯电路设计实验成功。6.实验交指导老师验收后。断开电源拆下导线，芯片等器件整理实验器材。16结论通过本次试验的调试和检测，最终圆满的完成了多功能流水灯设计与制作。