[畢業(yè)設(shè)計(jì)]基于計(jì)數(shù)器和譯碼器的雙色三循環(huán)方式彩燈控制器設(shè)計(jì)

1、信息工程系畢業(yè)實(shí)習(xí)與設(shè)計(jì)學(xué) 號(hào)： 設(shè)計(jì)題目： 彩 燈 控 制 器 姓 名： 專 業(yè)： 自 動(dòng) 控 制 指導(dǎo)老師： 信息工程系制目 錄彩燈控制器（摘要）1第一章 課題構(gòu)思3第二章 方案設(shè)計(jì)與單元設(shè)計(jì)4第三章 原理說明12第四章 仿真分析及結(jié)果15第五章 調(diào)式過程17總結(jié)語18致謝19參考文獻(xiàn) 20摘 要摘要 循環(huán)彩燈的電路很多，循環(huán)方式更是五花八門，而且有專門的可編程彩燈集成電路。絕大多數(shù)的彩燈控制電路都是用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的，例如，用中規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)的彩燈控制電路主要用計(jì)數(shù)器，譯碼器，分配器和移位寄存器等集成。本次設(shè)計(jì)的雙色循環(huán)彩燈控制器就是用計(jì)數(shù)器和譯碼器來實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)用雙色發(fā)光二極管，能發(fā)

2、紅色和綠色兩色光。關(guān)鍵詞：計(jì)數(shù)器，譯碼器，集成，雙色二極管abstractcirculate the electric circuit of the colourful light a lot of, circulate the way is more multifarious, and has specialized programmable colourful light integrated circuit.the colourful light control electric circuits of the great majority all carry out with the

3、numerical electric circuit of, for example, the colourful light control electric circuit that uses a medium scale integrated circuit realization mainly uses to count a machine, translating the code machine, assigning a machine and moving to deposit a machine etc. integration.the double color ofwith

4、this designs circulating colourful light controller is to use to count a machine and translate the code machine to carry out, its characteristics gives out light diode with a pair of colors, can flush the color and green and dichromatic light.keywords：count a machine, translating the code machine,in

5、tegration，light diode with a pair of colors第一章 課題構(gòu)思1、用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)彩燈控制器。用計(jì)數(shù)器和譯碼器設(shè)制作一個(gè)雙色三循環(huán)方式彩燈控制器。2、控制器有8路輸出，每路用雙色發(fā)光二極管指示。3、控制器有3重循環(huán)方式：方式a：?jiǎn)尉G左移-單綠右移-單紅左移-單紅右移；方式b：?jiǎn)尉G左移-全熄延時(shí)伴聲音；方式c：?jiǎn)渭t右依-四燈紅閃，四燈綠閃延時(shí)。4、由單刀擲開關(guān)控制3種方式，每種方式用單色發(fā)光二極管指示。5、.兩燈點(diǎn)亮?xí)r間約在0.20.6s間可調(diào)，延時(shí)時(shí)間約在16s間可調(diào)。第二章 方案設(shè)計(jì)與單元設(shè)計(jì)近年來，由于中，大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，使得數(shù)字

6、邏輯電路的設(shè)計(jì)發(fā)生了根本性的變化。在設(shè)計(jì)中更多的使用中。大規(guī)模集成電路，不僅可以減少電路組件的數(shù)目，使電路簡(jiǎn)捷，而且能提高電路的可靠性，降低成本。因此，雙色三循環(huán)方式彩燈控制器總體方案設(shè)計(jì)如下：1.據(jù)總的功能和技術(shù)要求，把復(fù)雜的邏輯系統(tǒng)分解成若干個(gè)單元系統(tǒng)，單元的數(shù)目不宜太多，每個(gè)單元也不能太復(fù)雜，以方便檢修。2.個(gè)單元電路由標(biāo)準(zhǔn)集成電路來組成，選擇合適的集成電路及器件構(gòu)成單元電路。3.各個(gè)單元電路間的連接，所有單元電路在時(shí)序上應(yīng)協(xié)調(diào)一致，滿足工作需求，相互間電氣特性應(yīng)匹配，保證電路能正常，協(xié)調(diào)工作。2.1基本原理設(shè)計(jì)任務(wù)中所要求的3種循環(huán)方式并不復(fù)雜，用中小規(guī)模集成電路就能實(shí)現(xiàn)。本控制應(yīng)由方

7、式選擇，振蕩器，控制電路，延時(shí)電路，蜂鳴器等組成，其框圖如圖1所示： 方式選擇振蕩器控制電路計(jì)數(shù)器譯碼器led顯示延時(shí)電路蜂鳴器 圖1 雙色三循環(huán)方式彩燈控制器框圖2.2計(jì)數(shù)器和譯碼器本控制器的核心器件為計(jì)數(shù)器和譯碼器，分別采用cmos中規(guī)模集成電路cc4516和cc4514。cc4516為16腳雙列直插的中規(guī)模集成可預(yù)置數(shù)的4位二制加/減計(jì)數(shù)器（單時(shí)鐘），其引腳如圖2所示。cc4516有5中功能：置數(shù)，清零，不計(jì)數(shù)，加計(jì)數(shù)，減計(jì)數(shù)，具體功能如表1所示。cc4514是4為鎖存/4線16線譯碼器，其輸出為高電平有效。cc4514具有數(shù)據(jù)鎖存，譯碼和禁止輸出3種功能。數(shù)據(jù)鎖存功能由el端施加電平實(shí)

8、現(xiàn)，el=0時(shí)，o0 o15保持el置“0”前的電平；禁止端）e為高電平時(shí)，o0o15全為低電平；因此，cc4514作為譯碼器使用時(shí)，el應(yīng)接高電平，e應(yīng)接低電平，cc4514的外引腳如圖2所示。 圖8 cc4516引腳圖 圖2 cc4514引腳圖 cpceup/dnplmr功能10置數(shù)，既把數(shù)p3p2p1p0送o3o2o1o0中1清零，即o3o2o1o0全為零100不計(jì)數(shù)，即o3o2o1o0保持不變0100加數(shù)器0000減數(shù)器表1 cc4516功能表2.3led顯示電路led顯示電路如圖3所示。o15 o14 o13 o12 o11 o10 o9 o8 o0 o1 o2 o3 o4 o5 o

9、6 o7 圖3 led顯示電路o0）o15為譯碼器的輸出。4514共有16個(gè)輸出，而雙色發(fā)光二極管只有8個(gè)，因此每?jī)蓚€(gè)輸出接同一個(gè)發(fā)光二極管，接法如圖3所示。發(fā)光二極管為雙色三極發(fā)光二極管，其限流電阻有3種連接方法（16個(gè)限流電阻，8個(gè)限流電阻，1個(gè)限流電阻），本控制器采用8個(gè)限流電阻的方法。發(fā)光二極管的極限電流一般為2030ma，發(fā)光二極管的壓降約為2v，通過發(fā)光二極管的電流可取為1015ma，以保證發(fā)光二極管有足夠的亮度，而且這樣又不易損壞發(fā)光二極管。2.4振蕩器振蕩器有多種振蕩器電路，圖4所示的振蕩器比較簡(jiǎn)單常用，其中（a）圖為cmos非門構(gòu)成的振蕩器，（b）圖為555構(gòu)成的振蕩器。cm

10、os非門構(gòu)成的振蕩器的振蕩周期t=1.4rc，555構(gòu)成的振蕩器的振蕩周期t=0.7（r1+2r2）c。 圖4振蕩器2.5觸發(fā)器循環(huán)方式a的設(shè)計(jì)思路如下： pl=1 up/ dn=1 up/ dn=0 up/ dn=1起始計(jì)數(shù)（置“1000” ） 加數(shù)器 o15時(shí)計(jì)數(shù)器 o0時(shí)計(jì)數(shù)器本循環(huán)彩燈控制器方式a的設(shè)計(jì)難點(diǎn)就是控制電路（循環(huán)功能能否實(shí)現(xiàn)在于控制電路是否起作用）。要實(shí)現(xiàn)循環(huán)功能，計(jì)數(shù)器既要加法計(jì)數(shù)，也要減法計(jì)數(shù)，即加法計(jì)數(shù)到o15時(shí)變?yōu)闇p法計(jì)數(shù)，減法計(jì)數(shù)到o0再變?yōu)榧臃ㄓ?jì)數(shù)，這可用觸發(fā)器控制計(jì)數(shù)器的up/dn端來實(shí)現(xiàn)。 圖5所示為由d觸發(fā)器構(gòu)成的二分頻電路，o15和o0作為時(shí)鐘信號(hào)，一個(gè)

11、時(shí)鐘觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。圖6（b）是利用d觸發(fā)器的直接置“1”端和直接置“0”端來實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。圖5（c）和（d）是由門電路組成的基本rs觸發(fā)器，圖5（c）rs 輸入為高電平有效，因此o15和o0可直接作為s與r的輸入。圖5（d）輸入為低電平有效，o15，o0反向后作為觸發(fā)器輸入。除以上幾種電路外，也可以直接用rs觸發(fā)器或jk觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)實(shí)踐，圖5所示的幾種電路都能達(dá)到控制的作用。 (a) （b） （c） （d）圖5 觸發(fā)器控制電路2.6延時(shí)電路循環(huán)方式b的設(shè)計(jì)思路如下： pl=1 up/ dn=1 e=1置1000 加計(jì)數(shù)器 o15時(shí)延時(shí)延時(shí)電路可采用單穩(wěn)態(tài)電路，o15的下降沿

12、作為單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)信號(hào)。根據(jù)功能要求。可采用微分型單穩(wěn)態(tài)電路，555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路及分立元器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，而下降沿觸發(fā)的與非構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路和555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路較為理想。圖6為與非構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路，其中cd，rd為微分電路，當(dāng)ui為窄脈沖觸發(fā)時(shí)，cd和rd可省略。o15的下降沿作為單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)信號(hào)，因此o15要經(jīng)微分和限幅后再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。延時(shí)時(shí)間有rc決定。555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路如圖7所示，c1r1和vd起微分限幅作用。因此本電路要求低電平觸發(fā)，沒有觸發(fā)的時(shí)候555的第2腳要為低電平，所以要接r2，對(duì)于r1和r2的阻值比要求比較嚴(yán)格，要保證沒有觸發(fā)的時(shí)候第2腳

13、電壓大于1/3vdd,觸發(fā)的時(shí)候電壓小于1/3vdd。延時(shí)時(shí)間由rp和c2決定。圖6 與非構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路 圖7 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路在循環(huán)方式c中，要實(shí)現(xiàn)單紅右移，計(jì)數(shù)器應(yīng)從“0000”開始遞增，因此應(yīng)先清零再加法計(jì)數(shù)。根據(jù)計(jì)數(shù)器和譯碼器本身無法使輸出實(shí)現(xiàn)四燈紅閃，四燈綠閃，因此，可通過延時(shí)電路給8個(gè)雙色發(fā)光二極管加上振蕩信號(hào)來解決。方式c的循環(huán)過程可表示為: mr=1 up/ dn=1 e=1消零 加計(jì)數(shù)器 o7時(shí)延時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)要注意，要求是在同一個(gè)電路中通過方式選擇來實(shí)現(xiàn)3種循環(huán)功能，而不是設(shè)計(jì)3個(gè)電路。3種循環(huán)方式要互相隔離，如按方式a工作時(shí)則不能有方式b現(xiàn)象出現(xiàn)，因此可采用雙向

14、模擬開關(guān)cc4066進(jìn)行隔離。第三章 原理說明工作原理圖3.1工作原理3.1.1選擇方式a，指示led10燈亮，vd19導(dǎo)通，開關(guān)剛接通瞬間c4短路，ic2的pl1，ic2計(jì)數(shù)器置數(shù)“1000”，電源接通瞬間，c2短路，觸發(fā)器直接置零r1，即ic2的up/dn=1,j計(jì)數(shù)器從“1000”開始計(jì)數(shù)，c2充電結(jié)束后，觸發(fā)器r0，不起作用。當(dāng)計(jì)數(shù)器到”1111”,o151，vd2導(dǎo)通，同時(shí)ic4a倒通，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，up/dn0，計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)。3.1.2選擇方式b，指示燈led6亮，vd20導(dǎo)通，開光剛接通瞬間，c4短路，pl1，ic2計(jì)數(shù)器置數(shù)“1000”，電源接通順間，c2短路，觸發(fā)器r1，觸發(fā)

15、器直接置零，up/dn1，計(jì)數(shù)器從”1000”開始計(jì)數(shù)，ic4a斷開，d觸發(fā)器輸出不變， up/dn一直為一，計(jì)數(shù)器始終遞增計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到“1111”時(shí)，o151，ic8b導(dǎo)通，當(dāng)o15從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，ic6輸出變?yōu)楦唠娖?，e=1,燈全部熄滅，ic7導(dǎo)通，ct1導(dǎo)通，蜂鳴器響。延遲時(shí)ic4c導(dǎo)通，pl1，計(jì)數(shù)器始終在置數(shù)“1000”，延遲結(jié)束時(shí)，e0，計(jì)數(shù)又從“1000”開始計(jì)數(shù)。3.1.3選擇方式c，指示燈led10亮，開關(guān)剛接通瞬間，c3短路，mr1，ic2計(jì)數(shù)器清零，電源接通瞬間，c2短路，觸發(fā)器r1，觸發(fā)器直接置零，up/dn1，計(jì)數(shù)器從“0000”開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)

16、數(shù)器到“0111”時(shí)，o71，因ic8a導(dǎo)通，當(dāng)o7從高電平變到低電平時(shí)，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，ic6輸出為高電平，e1，ic3的o0o15輸出全為低電平，ic4導(dǎo)通，延遲時(shí)計(jì)數(shù)器清零，ic7與非門輸出脈沖信號(hào)，vt2發(fā)射級(jí)輸出脈沖信號(hào)送到雙色發(fā)光二級(jí)管，使8盞燈四燈紅閃四燈綠閃。延遲結(jié)束，計(jì)數(shù)器又從“0000”開始計(jì)數(shù)第四章 仿真分析及結(jié)果對(duì)于本控制器的三種循環(huán)方式，只選擇a進(jìn)行仿真。4.1控制器(方式a)的仿真從元器件庫中調(diào)出各種電阻、電容、集成塊. 發(fā)光二級(jí)管等元器件,元器件調(diào)出后，對(duì)元器件的位置進(jìn)行調(diào)整，使布局比較合理。將電位器的操作鍵由空格鍵改為a鍵，按a鍵或a鍵可改變電位器的阻值。x2為

17、電平指示燈，高電平示指示燈亮，低電平示指示燈不亮。燈泡x1采用虛擬燈泡，雙擊燈泡使其工作電壓設(shè)置為220v。繼電器k1采用常開觸點(diǎn)的繼電器，注意繼電器的腳號(hào)連接要正確。雙擊交流電源u2，將交流電的工作電壓設(shè)置為220v，工作頻率設(shè)置為50hz。xsc1為示波器圖標(biāo)。由于cmos集成電路的輸入端不允許懸空，因此應(yīng)工具邏輯要求將不用的輸入端接高電平或低電平，如4013的cp1，d1不用，應(yīng)接地，4516的mr，ce接地，4514的數(shù)據(jù)鎖存端el接電源，禁止端e接地。4.2仿真結(jié)果檢查電路圖無誤后，可接通電源以模擬循環(huán)過程。由于電源接通瞬間，電容c2，c3相當(dāng)與短路，使d觸發(fā)器直接置零端由效，cc4

18、516的置數(shù)端pl有效，cc4516置數(shù)“1000”,使發(fā)光二級(jí)管從led8開始電亮并往上移。但ewb不能模擬電源接通瞬間電容相當(dāng)于短路這一過程，因此，電源接通后，發(fā)光二級(jí)管不一定從led8開始點(diǎn)亮，計(jì)數(shù)器可能遞增計(jì)數(shù)也有可能遞減計(jì)數(shù)，但這種現(xiàn)象只會(huì)影響第一個(gè)周期，對(duì)循環(huán)過程沒有沒有影響。只要綠led15亮，就會(huì)使d觸發(fā)器置1，從而使計(jì)數(shù)器遞降計(jì)數(shù)，發(fā)光二極管燈亮順序?yàn)椋?5led14led8led1led0的規(guī)律變化，此時(shí)指示燈x2不亮。只要紅色燈led0亮，就會(huì)示d觸發(fā)器置零，從而計(jì)數(shù)器遞增計(jì)數(shù)，發(fā)光二級(jí)管燈亮按led0led1. led7led8led14led15規(guī)律變化，此時(shí)指示燈x

19、2點(diǎn)亮。當(dāng)led15亮示，三極管vt導(dǎo)通，繼電器k1吸合，燈x1亮。說明8只雙色發(fā)光二級(jí)管可以用16只彩燈代替。按a鍵或a鍵，可以改變電位器的百分值，觀察燈移動(dòng)的速度。百分比值增大時(shí)，燈移動(dòng)的速度應(yīng)加快。取不同的百分值，用示波器測(cè)量振蕩器的周期，將結(jié)果填入表3中。示波器的掃描時(shí)間的設(shè)置以示波器的屏幕上顯示2到3 個(gè)周期波形為宜。表2振蕩周期pr01030507090100周期t計(jì)算值測(cè)量值通過電流表顯示通過發(fā)光二級(jí)管的電流，改變限流電阻的阻值，觀察發(fā)光二級(jí)管時(shí)毫安表數(shù)值的變化。將ic1的第4腳復(fù)位端接地，用示波器觀察555的第三腳輸出，此時(shí)振蕩器沒有振蕩信號(hào)產(chǎn)生，led0到led15中某個(gè)燈亮

20、。將ic1的第四腳復(fù)位端接vdd，將4514的第一腳接地，觀察發(fā)光二級(jí)管燈亮的現(xiàn)象，此時(shí)led0到led15中某個(gè)燈亮。若將4514的第23腳禁止端e非接vdd，此時(shí)led0到led15全部不亮。第五章 調(diào)式過程搭完畢后檢查是否有多線，少線錯(cuò)線，元器件的位置。極性是否正確，檢查正確后再通電調(diào)試。三腳雙色發(fā)光二級(jí)管中間的最長(zhǎng)腳為公負(fù)極，第二長(zhǎng)腳為紅色正極，最短的腳為綠色正極。通電調(diào)試主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：1). 檢查振蕩器是否振蕩。如果雙色發(fā)光二級(jí)管燈亮并且左右移動(dòng)，說明振蕩器工作；如果雙色發(fā)光二級(jí)管只有固定的一盞燈亮，則應(yīng)檢查振蕩器是否振蕩。用示波器檢查振蕩器的輸出，或用指針式萬用表直流電壓

21、擋測(cè)量振蕩器輸出。如果示波器能檢查出振蕩波形，或萬用表指針左右搖擺，則說明振蕩器已經(jīng)工作。2). 觀察計(jì)數(shù)器能否計(jì)數(shù)，若不能計(jì)數(shù)，檢查c4是否接錯(cuò)或已經(jīng)損壞，若置數(shù)得的時(shí)間太久（led7綠燈兩地太久），則應(yīng)減少c4的容量或r19的阻值。接循環(huán)方式c，檢查計(jì)數(shù)器能否置零，若不能，檢查c3，r5等元器件。3). 接循環(huán)方式a，檢查d觸發(fā)器在一循環(huán)周期內(nèi)能否翻轉(zhuǎn)兩次，若不能翻轉(zhuǎn)，則應(yīng)現(xiàn)檢測(cè)d觸發(fā)器是否已經(jīng)損壞，再檢查vd1、vd2、r2、r3、ic4a等元器件。4). 接循環(huán)方式b，用萬用表測(cè)量ic6的輸出電壓，檢查擋計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“1111”，時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路的輸出是否從的電平變?yōu)楦唠娖?。如果單穩(wěn)態(tài)電

22、路的輸出一直時(shí)低電平，則應(yīng)測(cè)量ic6的第二腳時(shí)候一直為高電平而沒有低電平觸發(fā)信號(hào)，然后再檢查周圍相關(guān)的元器件。如果單穩(wěn)態(tài)輸出始終為高電平，可能是ic6的第二腳電壓一直是低電平所導(dǎo)致，說明r20與r21的組織法選擇不當(dāng)。5).接循環(huán)方式c，檢查能否四燈紅閃，四燈綠閃。檢查ic4c,ic7,vt2等元器件?？偨Y(jié)語 在課程設(shè)計(jì)的過程中，較多的時(shí)間是用來查閱資料，因?yàn)檫€是第一次做電子課程設(shè)計(jì)，圖書館的資料很有限，所以一般通過網(wǎng)上查閱，在此查閱期間，我學(xué)會(huì)了怎樣使用超星閱讀器和pdf閱讀器。在調(diào)試過程中，故障是不可避免的，或者正如老師所說沒有故障反而還不正常。產(chǎn)生故障的原因很多，情況也很復(fù)雜，有的是一種

23、原因引起的簡(jiǎn)單故障，有的上多種原因相互作用引起的復(fù)雜故障，因此需要掌握故障的一般診斷方法，故障診斷過程就是以故障現(xiàn)象出發(fā)，通過反復(fù)測(cè)試，做出分析判斷，逐步找出故障的過程。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)來說，要在大量的元器件和線路中迅速，準(zhǔn)確地找出故障是見很不容易的事。要通過對(duì)原理圖的分析，把系統(tǒng)分成不同功能的電路模塊，通過逐一測(cè)量找出故障模塊，然后再對(duì)故障模塊內(nèi)部加以測(cè)量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，這樣可以提高我分析問題和解決問題的能力，因此，我把他看成是一次好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。通過電子線路課程設(shè)計(jì)，我了解了電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過程，掌握電子線路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法和一般過程，能用仿真軟件對(duì)電子線路進(jìn)行仿真

24、設(shè)計(jì)，能用portel等軟件繪制pcb圖，掌握了電子電路調(diào)試的方法，能獨(dú)立解決設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中出現(xiàn)的一般問題，能正確選用元器件與材料，能對(duì)所設(shè)計(jì)電路的指標(biāo)和性能進(jìn)行測(cè)試并提出改進(jìn)意見，能查閱各種有關(guān)手冊(cè)和正確編寫設(shè)計(jì)報(bào)告。由于這次的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)人單獨(dú)作一個(gè)課題，所以我是采用以自學(xué)為主的學(xué)習(xí)方法。在學(xué)完模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程之后，我已經(jīng)具有了一定的理論基礎(chǔ)，實(shí)踐技能和自學(xué)能力。在復(fù)習(xí)和課程設(shè)計(jì)任務(wù)有關(guān)的單元電路，理清頭緒，按照電子電路的一般設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。雖然一個(gè)人做有點(diǎn)困難，途中不知碰到了多少難題，由于是我自己解決的，所以在解決這些實(shí)際難題中得到了很大的提高。致 謝三年前那個(gè)白衣飄飄的懵懂年代，我踏著秋風(fēng)啃