彩燈循環(huán)控制電路

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)彩燈循環(huán)控制電路彩燈循環(huán)控制電路、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1. 設(shè)計(jì)時(shí)鐘振蕩電路，由555組成時(shí)基電路提供計(jì)時(shí)脈沖2 由計(jì)時(shí)器實(shí)現(xiàn)彩燈的循環(huán)顯示。3.循環(huán)的速度可調(diào)。、總體框圖圖（1） 總體框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求和任務(wù)，參考廣告燈主要的邏輯框圖，設(shè)計(jì)方案可以從以下幾 個(gè)方面考慮?？傮w框圖如圖1,其中利用振蕩器產(chǎn)生觸發(fā)，再利用數(shù)控分頻器系統(tǒng)將觸發(fā)脈沖進(jìn)行分頻，產(chǎn)生不同頻率的脈沖，作為順序脈沖發(fā)生器的輸入脈沖，當(dāng)輸入 脈沖的頻率變化時(shí)順序脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的順序脈沖也會(huì)有不同的頻率， 從而達(dá)到 控制彩燈循環(huán)時(shí)間的目的。產(chǎn)生順序脈沖后將它加到彩燈循環(huán)系統(tǒng)上， 使彩燈系 統(tǒng)產(chǎn)生簡(jiǎn)單的循環(huán)變化的效果。三、選

2、擇器件本次課程設(shè)計(jì)所用器件如表一:表（1）:本試驗(yàn)所有器材如型號(hào)名稱數(shù)目74LS147二-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器174LS160十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器2LIMIT_NO開(kāi)關(guān)974LS04非門(mén)3555定時(shí)器脈沖信號(hào)發(fā)生器174LS1383線一8線譯碼器1LED發(fā)光二極管25LED顯示屏七段顯示數(shù)碼管11) 74LS147的應(yīng)用在常用的優(yōu)先編碼器電路中，除了二進(jìn)制編碼器之外，還有一類叫做二 十進(jìn)制優(yōu)先編碼器。他能將 一 10個(gè)輸入信號(hào)分別編成10個(gè)BCD碼 在 一- 10個(gè)輸入信號(hào)中的優(yōu)先權(quán)最高， 的優(yōu)先權(quán)最低。2）74LS160的應(yīng)用它是同步十進(jìn)制加法記數(shù)器，當(dāng) LOAD端輸入底電平時(shí)處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，D0

3、D1、D2、D3的數(shù)據(jù)將會(huì)在CP上升沿到達(dá)時(shí)被置入 Q0 Q1 Q2 Q3中，它的預(yù) 置數(shù)是同步的。右圖是74LS160的引腳分配圖，圖中LD為預(yù)置數(shù)控制端，D0-D3 為數(shù)據(jù)輸入端，C為進(jìn)位輸出端，RC為異步置零端，Q0-Q3位數(shù)據(jù)輸出端，EP 和ET為工作狀態(tài)控制端。3）555定時(shí)器應(yīng)用國(guó)產(chǎn)雙極型定時(shí)器CB555電路結(jié)構(gòu)圖。它是由比較器 Ci和C2,基本RS觸 發(fā)器和集電極開(kāi)路的放電三極管 Td三部分組成。Vh是比較器C1的輸入端，V12是比較器C2的輸入端。Ci和C2的參考電壓VR1和VR2由Vcc經(jīng)三個(gè)五千歐電阻分壓給出。在控制 電壓輸入端 Vco懸空時(shí)，Vri=2/3Vcc,Vr2=

4、1/3Vcc。如果 Vco外接固定電壓，則V R1=V CO,V R2=1/2V CO.Rd是置零輸入端。只要在Rd端加上低電平，輸出端vo便立即被置成低電 平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)必須使 Rd處于高電平。圖中的數(shù) 碼1 8為器件引腳的編號(hào)。圖（2） 555定時(shí)器邏輯符號(hào)555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以 方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。uoD圖（3）555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(A) 電路組成555集成定時(shí)器由五個(gè)部分組成。1、基本RS觸發(fā)器：由兩個(gè)“與非”門(mén)組成2、比較器：C1、C2是兩個(gè)電壓比較器3、分壓器：阻值均為5千歐的電阻串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成分壓器

5、，為比較器 C1和C2提供參考電壓。4、 晶體管開(kāi)卷和輸出緩沖器：晶體管 VT構(gòu)成開(kāi)關(guān)，其狀態(tài)受Q端 控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3,其作用是提高 定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。(B) 基本功能當(dāng)R=0時(shí)，Q .1，輸出電壓Vo二Vol為低電平，VT飽和導(dǎo)通。2 1當(dāng)R時(shí)，Vth -Vcc時(shí)， -Vcc時(shí)，C1輸出低電平，C2輸出高電平，3TR 3Q =1，Q = 0，Vo -Vol，Td 飽和導(dǎo)通。2-當(dāng)R=1、Vth : -Vcc、Vtr -Vcc時(shí)，C1、C2輸出均為高電平，基本RS3 3觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變，因此v。、VT也保持原來(lái)狀態(tài)不變。-RCvc2 )

6、H、1-1 .WTR ： -Vcc時(shí)，C1輸出高電平，C2輸出低電平，Q=o ,3Q= 1, Vo =Voh , VT 截止。555定時(shí)器功能表輸入輸出閾值輸入(Vii)觸發(fā)輸入(Vi-)復(fù)位(殛)輸出g放電管TXX00導(dǎo)通11截止3內(nèi)*10導(dǎo)通1不變不變表(2) 555定時(shí)器邏輯功能表4) 74LS138的應(yīng)用圖（4）為3線-8線譯碼器74LS138的邏輯符號(hào)圖，其有3個(gè)附力卩的控制端G1、G2A和G2B當(dāng)G仁1 G2A+G2B=時(shí)，其附加門(mén)GS才輸出高電平（S=1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則譯碼被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平， 這三個(gè)控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多片

7、連接起來(lái)以擴(kuò) 展譯碼器的功能。2 21GG kBCJ012 34-oe- z Fr . Tr -F ffc i F Tr 勺jlr-J.1-14 片mLb、片!.圖（4）3線-8線譯碼器74LS138的邏輯符號(hào)圖74LS138的內(nèi)部原理圖H-I1;仆khfl 1 H Fi2&trbvFoY.iy? -Y4-V-Yf-y圖 （5）74LS138的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖輸入輸出S1S2+S3A0A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70XXXX11111111X1XXX11111111100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101

8、11101011111101110110111111011011111111110表（3） 3線8線譯碼器74LS138的功能表由3線-8線譯碼器74LS138的功能表也可以看出，當(dāng) S1=0時(shí)，無(wú)論S2+S3 等于0還是1,譯碼器都處于禁止?fàn)顟B(tài)，當(dāng) S1=1,S2+S3=0時(shí)，譯碼器處于工作 狀態(tài)。5）三極管非門(mén)仔細(xì)觀察一下圖中給出的三極管開(kāi)關(guān)電路即 可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸 出等于低電平，而輸入為低電平時(shí)輸出等于高電平。 因此輸出與輸入的電平之間 是反向關(guān)系，它實(shí)際上就是一個(gè)非門(mén)。（亦稱反向器）。當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電 平接近于零。為此，電路參數(shù)

9、的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于 深度飽和的基極電流。設(shè)計(jì)電路所用的芯片是74LS04,如下圖所示:nn rial m rrn Foi rri rnLjJ |LJ LJ LaJ LU lAJ L2J3ND圖（6）74LS04的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖功能表如下圖:輸入輸出LHHL表（4）非門(mén)功能表邏輯符號(hào)邏輯函數(shù)式Y(jié)A6兒ED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫(xiě)。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)， 具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、 規(guī)格品種全等特點(diǎn)。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成

10、為城市 信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。管腳12 3 4分別接輸出段的Q、QiQ2、Q3.TJ14BCD HEX圖（7）七段顯示數(shù)碼管四、功能模塊（1） 單元電路的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)單元電路和選擇元器件時(shí)， 盡量選用同類型的元器件， 如所有功 能的部件都采用 TTL 集成電路，整個(gè)系統(tǒng)所用的元器件種類盡可能少。下面介紹各單元電路的設(shè)計(jì)。1）數(shù)控分頻系統(tǒng)當(dāng)輸入端 CLK 為頻率 f 時(shí)，在輸出端 RCO 的輸出頻率，可以分別實(shí)現(xiàn) 1/2f,1/3f,1/4f,1/5f,1/6f,1/7f,1/8f,1/9f ，經(jīng)分析，計(jì)數(shù)器都可以實(shí)現(xiàn)該功能，為 了操作方便，使控制方便直觀，采用一個(gè)二十進(jìn)制編碼器，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制和

11、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。從通用性和普遍性考慮，選取開(kāi)關(guān)和 74LS147 芯片組成分頻控 制模塊。采用 74LS160 芯片進(jìn)行分頻。74LS160 為該模塊的核心，其功能是通過(guò)輸入端輸入預(yù)置數(shù)，控制芯片 的模數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)總體要求，即分頻。該芯片通過(guò)非門(mén)，即 74LS04與控制模 塊相連，即輸入由控制模塊中的74LS147通過(guò)非門(mén)提供。而輸出則直接輸給通過(guò)七段數(shù)碼管可以更準(zhǔn)確的顯示出輸出結(jié)果，直觀 得觀測(cè)到分頻的效果，也更容易判斷出設(shè)計(jì)是否有誤，通過(guò)七段數(shù)碼管對(duì)于 分頻結(jié)果顯示的更加直觀，2）555多諧振蕩器組成脈沖發(fā)生器 振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的準(zhǔn)確度決定了數(shù)字鐘計(jì) 時(shí)的準(zhǔn)確程度，

12、通常選用成品振構(gòu)成振蕩器電路。 一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高， 計(jì)時(shí)精度越高。 如果精度要求不高也可采用集成邏輯門(mén)與 RC 組成的時(shí)鐘源振蕩 器或由集成定時(shí)器 555與 RC 組成的多諧振蕩器。 這里選用 555組成的多諧振蕩 器，多諧振蕩器的頻率可以設(shè)為為 f0=1000HZ。3）順序脈沖發(fā)生器在設(shè)計(jì)中需要系統(tǒng)按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行一系列的操作。這就要求統(tǒng)的控 制部分能給出一組在時(shí)間上有一定先后順序的脈沖信號(hào)，再用這組脈沖形成所需 要的各種控制信號(hào)。順序脈沖發(fā)生器就是用來(lái)產(chǎn)生這樣一組順序脈沖的電路。順序脈沖發(fā)生器可以用移位寄存器構(gòu)成。 這種方案的優(yōu)點(diǎn)是不必附加譯碼電 路,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是使

13、用的觸發(fā)器數(shù)目比較多，同時(shí)還必須采用能自啟動(dòng) 的反饋邏輯電路。在順序脈沖數(shù)較多時(shí)，可以用計(jì)數(shù)器和譯碼器組合成順序脈沖發(fā)生器。圖（8） 所示電路是用4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160和3線8線譯碼器74LS138構(gòu)成 順序脈沖發(fā)生器電路。圖中以74LS160的低3位輸出Q0、Q1、Q2作為74LS138 的3位輸入信號(hào)。由74LS160的功能表可知，為使電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，RD LD EP和ET均VCC12VdCBa-I GNDU274LS160D*應(yīng)接高電平。由于它的低3位觸發(fā)器是按八進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接的，所以在連接輸入 CP信號(hào)的情況下，Q2 Q1 Q0的狀態(tài)將按000 直到111的順序反復(fù)循環(huán)

14、，并 在譯碼器輸出端依次輸出P0-P7的順序脈沖。 QQQQ51234廠VCC12VU122NOT*U9U11NOT*U10NOT*U7NOT*U6NOT*U5NOT*U374LS138D*Y y YY Y YY YU4NOT*圖（8）4）彩燈循環(huán)系統(tǒng)彩燈循環(huán)系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)的最后的顯示部分，也是最直觀明顯的顯示設(shè)計(jì)成果的關(guān)鍵。將順序脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的順序脈沖加到彩燈上之后， 可以使彩燈 產(chǎn)生循環(huán)閃爍的效果。同時(shí)也可以將彩燈按不同的順序放置使彩燈產(chǎn)生更多種循 環(huán)效果。下圖是彩燈多種放置方法中的一種：圖（9）U2NOT*五、總體設(shè)計(jì)電路圖經(jīng)過(guò)對(duì)以上各個(gè)步驟的總結(jié)可以的到最終的結(jié)果，通過(guò)軟件對(duì)最后的結(jié)

15、果進(jìn)行仿真，驗(yàn)證本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性。總體的電路圖和仿真結(jié)果如下：通過(guò)對(duì)分頻器的分析可知當(dāng)分頻器總的輸出為9時(shí)，順序脈沖系統(tǒng)中的74LS160就會(huì)被觸發(fā)產(chǎn)生順序脈沖信號(hào)。彩燈的狀態(tài)也會(huì)隨著脈沖信號(hào)的改變而改變。這一點(diǎn)也可以從下面的電路圖仿真結(jié)果中得到驗(yàn)證。這4個(gè)圖是仿真ccLIMIJT_NCVCC12V11LIMIT NCJ8510LIMIT NCJ4LIMIJ5_NCLIMIJ6.NCLIMIT NCJ7LIMIT NCJ9LIMIT_NCVCC12VX80,2.5 VU19| R1$28.86kOVDDimU3AU2314131211LOAD CLRCLK165779-2 -w JA BC

16、D12-A BCD o QQQQ cRPTNN ABCD EE47123456789U18NOT*I R2 57.7201kOhm52C110nFX72.5 VX24O2.5 VVCCRSTOUTDISTHRTRICONGND53C2丄 10nF54555_VIRTR3L00 Ohm3112VVCC,32222120U974LS138D*YYYYYYYY鄒I2928726尸4f 、U17( U16、U15.U14U13，U12、U11 f 、NOT* NOT* NOT* NOT*NOT*7 NOT* NOT* - /U10NOT*X12VACCX6X4 41CUX3OX16Q,2.5 VX15

17、O2.5 V2.5 VX18OX22Q2.5 V43X52.5X21I2.X2537X95 V2.5 VX19O40X2044X102.5 V2.5 V2.5 V2.5 VX23U1944/CCVCC12V10LIMIJ6.NCC*LIMIT_NC J7LIMIT NC J4LIMIJj_NCLIMIT_NCJ8a-LIMIT NCJ9LIMIT_NCElDCD_HEX12 34 56789LIMIJ3_NC89X2oVCC-| 12V47 48RCOCLK74L74LU760D*1574LS04D*7405N*VDDVCCCOADENP ENTA BC D74LSAD*14316 45519

18、7-VCC91 D2U3AU246AB CD74LS147D*VDD12VR128.86kOhm1157.7201kOhm52C1丄 10nFX14X135 VVCC.5 V15U18NOT*vcc6 5 4 3GND丄 CLBCO E EC RI GNDU874LS160D*X22X24o2.5 VVCCRSTOUTDISTHRTRICONGNDR3555 VIRTuAl100 Ohm31U17C210nFJ2:X18Q2.5 V43X16o2.5 VX3oX12V2.5X152.5 VX537X9oI 2VCCX102.5 V2.5 Vo| 2.5 VX21oLX25o2X194V405 V X202.5 V441VCC4 6GC B511 12223 2DCBAqQqq12 3 41120U974LS138D*30U16YYYYYYYY|學(xué)片1 草292827U15U14 7 NOT* NOT* NOT* NOT*U13U12N