數(shù)電課程設(shè)計(jì)四花樣彩燈控制器

1、課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：四把戲彩燈限制器學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級：110422學(xué)號：姓名：陳粵龍?jiān)u分：教師：2013年月23日數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20122013學(xué)年第1學(xué)期第19周一20周題目四把戲彩燈限制內(nèi)容及要求(1)彩燈一亮一滅,從左向右移動(2)彩燈兩亮兩火,從左向右移動(3)四鳧四火,從左向右移動(4)從18從左到右逐次點(diǎn)亮,然后逐次熄火(5)四種把戲自動變換.進(jìn)度安排1.?布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案、領(lǐng)儀器設(shè)備：2天2.?仿真、畫PC瞰路圖：2天3.?領(lǐng)元器件、制作、焊接：3天4.?調(diào)試:2天5.?驗(yàn)收:1天6.?提交報告：2

2、022-2022學(xué)年第一學(xué)期?2-3周學(xué)生姓名：陳粵龍指導(dǎo)時間：2周指導(dǎo)地點(diǎn)：E610任務(wù)下達(dá)2022年9月22日任務(wù)完成2022年9月25日設(shè)計(jì)都能運(yùn)用到它的原理.本次設(shè)計(jì)的四把戲彩燈限制器是其中較簡單的,但這是進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的根底.本次課程設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一個四把戲彩燈限制器.首先要分析設(shè)計(jì)要求,從要實(shí)現(xiàn)四把戲入手推導(dǎo)出要使用的芯片.可通過八位右移存放器74LS164實(shí)現(xiàn)八個彩燈的向右移動,從它的右移輸入端輸入四種碼來實(shí)現(xiàn)它的四種把戲.根據(jù)四種花樣確定這四種碼,可通過模十六計(jì)數(shù)器74LS161的輸出端接與門74LS08和非門74LS04產(chǎn)生.要實(shí)現(xiàn)彩燈的自動轉(zhuǎn)換,把四種碼輸入四選一數(shù)據(jù)選擇器74L

3、S153的四個輸入端,它的地址輸入端接雙D觸發(fā)器74LS74的兩個輸出端,74LS74可產(chǎn)生四種循環(huán)的狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)彩燈的自動轉(zhuǎn)換.時鐘信號由兩個555產(chǎn)生,一個產(chǎn)生周期為0.721秒的矩形脈沖限制模十六計(jì)數(shù)器74LS161和八位右移存放器74LS164,另一個產(chǎn)生周期為14.01秒的脈沖限制雙D觸發(fā)器.當(dāng)彩燈完成一種花樣時,雙D觸發(fā)器輸出狀態(tài)改變,數(shù)據(jù)選擇器選擇另一種碼輸出,彩燈變?yōu)橄乱环N把戲,直到完成四種把戲再循環(huán)變化.經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所設(shè)計(jì)的四把戲彩器能完成四把戲變換,每一種把戲循環(huán)兩次,四種把戲不斷循環(huán).關(guān)鍵字：時鐘脈沖分頻自動轉(zhuǎn)換限制器數(shù)據(jù)選擇器組一表二份,課程設(shè)計(jì)小組組長一份；任課教師

4、授課時自帶一份備查.考核方式1.評閱2.辯論3.實(shí)際操作口4.其它摘要指導(dǎo)教師S彳燈限制器在我門日常生活彳燈限制器在我門日常生活中中系部主任筆正要的運(yùn)用筆正要的運(yùn)用, ,力 以告牌的設(shè)計(jì)和節(jié)日彩燈上以告牌的設(shè)計(jì)和節(jié)日彩燈上注：1、此表一2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)、“學(xué)生成績單一并交院教務(wù)存檔彩燈限制器有著非常廣泛的運(yùn)用,如：LED彩燈,音樂彩燈限制器,二維彩燈限制器等等,現(xiàn)簡單介紹如下:隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化,在許多場合可以看到彩色霓虹燈.LED彩燈由于其豐富的燈光色彩,低廉的造價以及限制簡單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用,用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚.但目前市場上

5、各式樣的LED彩燈限制器大多數(shù)用全硬件電路實(shí)現(xiàn),電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一,這樣一旦制作成品只能根據(jù)固定的模式閃亮,不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù).優(yōu)易LED彩燈光限制系統(tǒng)由ColorEdit編輯軟件、主控器、分控器和LED光源組成,廣泛應(yīng)用于城市景觀、風(fēng)景名勝、道路橋梁、建筑輪廓、娛樂場所、戶外廣告、室內(nèi)裝飾等美化、亮化工程.二維彩燈限制器可限制五路彩燈逐行遞增點(diǎn)亮,再逐行遞減熄滅.假設(shè)將一定數(shù)量的彩色燈組合聯(lián)接,就能營造出平面上色彩變化的場景,這比通常限制一條線上的色彩流動更加豐富絢麗.限制器采用數(shù)字集成塊,外圍元器件少、電路結(jié)構(gòu)簡單,只要元器件完好

6、、裝接無誤,裝后無須調(diào)試即可一舉成功.音樂彩燈限制器是專用于卡拉ok廳KTV包房的彩燈限制設(shè)備,具最大優(yōu)點(diǎn)是不與電視音響等設(shè)備有任何連接,本設(shè)備通過檢測包房里的環(huán)境音頻信號強(qiáng)弱來限制通過彩燈的電流大小即亮暗程度來襯托娛樂的興趣的目的,也就是隨著聲音的大小而使彩燈閃爍,歌聲和彩燈一起跳動,從而讓唱歌人激情高漲,留連忘返.本課題研究的是四把戲彩燈限制器,應(yīng)用的是數(shù)字邏輯電路的有關(guān)知識,是進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的根底,對進(jìn)行復(fù)雜彩燈設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義.第一章設(shè)計(jì)要求1.1設(shè)計(jì)課題及要求（一）題目：四把戲彩燈限制器（二）根本要求：設(shè)計(jì)一四把戲自動切換的彩燈限制器,要求實(shí)現(xiàn)(1)彩燈一亮一滅,從左向右移動;彩燈兩亮

7、兩滅,從左向右移動;四亮四滅,從左向右移動;從18從左到右逐次點(diǎn)亮,然后逐次熄滅;NE55旋時器,四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS93,雙D觸發(fā)器74LS74,四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153,八位移位存放器74LS164第二章系統(tǒng)組成及工作原理2.1系統(tǒng)組成框圖把四把戲彩燈設(shè)計(jì)分為幾個獨(dú)立的功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),每一個模塊完成特定的功能,再把它們有機(jī)的組織起來構(gòu)成一個系統(tǒng)完成彩燈限制器的設(shè)計(jì).系統(tǒng)可由四個模塊組成,它們分別是：四種碼產(chǎn)生電路、開關(guān)電路、數(shù)據(jù)輸出、時鐘電路.設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示：各模塊的組成及功能分析1.四種碼產(chǎn)生電路：由四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS93產(chǎn)生四種碼輸出,.2 .自動轉(zhuǎn)換捽制怔闔

8、由雙闔由雙D觸發(fā)后觸發(fā)后4LS7n四選四選或選擇勺或選擇勺74L153組成,雙D的兩輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端,它能產(chǎn)生兩位循環(huán)二進(jìn)制碼,每改變一種狀態(tài),數(shù)據(jù)選擇器選擇一種碼輸卜,使彩燈把戲循環(huán).3.數(shù)據(jù)輸出電路：由八位移位存放器74LS164和八個彩燈組成,選擇輸出的每一種碼輸入到存放器的數(shù)據(jù)輸入端,使榭留存翻觸M鞘端自左向右移動,實(shí)現(xiàn)彩燈的把戲.(5)四種把戲自動變換4.時鐘電路：由兩個555和電阻電容組成,構(gòu)成兩個多諧振蕩器,一個周期為0.721秒,限制計(jì)數(shù)器和存放器,另一個周期為14.01秒,限制雙D觸發(fā)器.2.2工作原理分析從多諧振蕩器出來的脈沖信號分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到

9、模十六計(jì)數(shù)器；另一路做為移位時鐘脈沖加到移位存放器.調(diào)節(jié)多諧振蕩器的滑動變阻器可以改變震蕩頻率,即改變彩燈移動的速度,得到不同的動態(tài)效果.多諧振蕩器、雙D觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器共同組成一個電子開關(guān).多諧振蕩器輸出的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)雙D觸發(fā)器兩位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,在它的兩個輸出端得到00、01、10、11四種邏輯狀態(tài).這四個狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個數(shù)據(jù)通道選擇信號,對應(yīng)從模十六計(jì)數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)選才器的QAQBQGQD四個分頻信號.其作用相當(dāng)于一個受控的一刀四位的機(jī)械轉(zhuǎn)換開關(guān).當(dāng)雙D觸發(fā)器輸出為“00“10“01“11數(shù)據(jù)選擇器的輸出端接移位存放器的輸入端,在時鐘脈沖的作用下,數(shù)據(jù)在移位存放器的八位并彳T輸出端

10、從Q0到Q7順序移動.移動的八位限制信號直接限制發(fā)光二極管的亮滅,就出現(xiàn)了八路四把戲自動循環(huán)切換的流水彩燈.第三章單元電路設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1時鐘脈沖產(chǎn)生電路用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖：圖3.1.1用555定時器構(gòu)成多諧振蕩電路其震蕩周期為：T=0.7*(R+2*R2)*C1要用兩個555產(chǎn)生兩個時鐘脈沖,一個限制74LS93組成的模十六計(jì)數(shù)器和八位移位寄存器,要能看到彩燈的流動,其周期設(shè)為1秒左右,電阻值和電容值可設(shè)為:由公式3-1計(jì)算得：T=0.721S電路圖如圖3.1所示：T=0.7*R11+R滑總*C8+0.7*R滑*C8=200*103*10*10圖

11、3.1時鐘電路另一個555產(chǎn)生的矩形脈沖限制彩燈的自動轉(zhuǎn)換,其周期設(shè)為模十六計(jì)數(shù)器的20倍,改變R1、R2的阻值即可,可設(shè)為：T=0.7*R11+R滑總*C8+0.73*R滑*C8=200*103*10*103.2四種碼產(chǎn)生電路根據(jù)彩燈要實(shí)現(xiàn)的四把戲,可確定移位存放器輸出的二進(jìn)制碼,即四種碼產(chǎn)生電路要產(chǎn)生的碼,如表3-1所?。罕?-1四種碼把戲狀態(tài)要求周期位碼1一鳧一火,從左向右移動82兩鳧兩火,從左向右移動8要產(chǎn)生這四種碼,可由十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器接組合邏輯門產(chǎn)生,十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的真值表如表3-2所小3四鳧四火,從左句右移動8輸出原4c4(仄態(tài)S從18從00Xc3Q2Q1點(diǎn)亮,然后逐次;到右逐次Q

12、Q3熄火N(t)Q26Q1ZiZ2Z3序號Z4表00000000101113-2計(jì)數(shù)1000100100011器真值表20010001100113001101000001401000101000150101011000016011001110001701111000111081000100101109100110100010101010101100101110111100000012110011010000131101111000001411101111000015111100001111由表3-2分析得：Zi=QQQZ2=QQZ3=QZ4=Q所以四種碼產(chǎn)生電路如圖3.2所示圖3.2四種碼產(chǎn)生

13、電路3.3彩燈自動轉(zhuǎn)換限制電路要實(shí)現(xiàn)彩燈四把戲的自動轉(zhuǎn)換,就要使四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153循環(huán)地輸出Z1、Z2、Z3、Z4,也就要使它的地址輸入端輸入四種狀態(tài)并循環(huán)轉(zhuǎn)變,可用雙D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn).雙D觸發(fā)器的兩個輸出端Q1Q2的狀態(tài)方程為：Qin+1=Q2n(3-2)Qn+1=Qin(33)設(shè)雙D觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q1Q2=00,由Q1、Q2的狀態(tài)方程式(32)和式(33)可得,Q1、Q2的狀態(tài)變換順序?yàn)?0-01111000,實(shí)現(xiàn)四分頻.用雙D觸發(fā)器的輸出端QtQ2限制選擇器的地址輸入端,使數(shù)據(jù)選擇器自動選擇一種碼輸出,實(shí)現(xiàn)彩燈花樣的自動限制.自動轉(zhuǎn)換限制電路如圖3.3所示：圖3.3自動限制電路

14、令Q1Q2=AB74LS153數(shù)據(jù)選擇器的功能表如表3-3所示：表3-3數(shù)據(jù)選擇器功能表B(Q2)A(Q1)1Y由表00Z13-3可知,數(shù)據(jù)選擇器的10Z3地址輸入端AB循環(huán)轉(zhuǎn)變,輸出端1Y循環(huán)選擇11Z4四種碼Z1、Z2、Z3、Z4輸出,使彩燈的四把戲01Z2自動循環(huán)改變.00Z13.4把戲輸出電路設(shè)計(jì)輸出電路由八位移位存放器74LS164八個彩燈和八個驅(qū)動電阻構(gòu)成.存放器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關(guān)電路輸出的四種碼,這四種碼在移位存放器的八位并行輸出端從QA向QH動,輸出四種彩燈把戲.表3-4存放器數(shù)碼移動情況表CPRiQAQBQCQDQEQFQGQH11100000002001000000300

15、010000040000100005000001000600000010070000000108000000001由表3-4可看出,輸入碼中的那位高電平“1從存放器的輸出端Q解八個移位脈沖CP作用后逐漸到了QH使輸出端所連接的彩燈依次點(diǎn)亮,實(shí)現(xiàn)了彩燈依次點(diǎn)亮的把戲.當(dāng)輸入另外的三種碼時,存放器的數(shù)碼移動原理相似.3.5各芯片管腳圖3.5.1圖4.5.174LS93管腳圖3.5.2圖3.5.274LS153管腳圖3.5.3圖3.5.374LS164管腳圖3.5.4、NE555定時器第四章實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測試結(jié)果分析4.1結(jié)果的調(diào)試及分析1.調(diào)試使用的主要儀器：數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、示波器、函數(shù)信

16、號發(fā)生器.2 .測試電路的方法和技巧先檢查各芯片的電源和地是否接上,檢查線路是否連好； 前面的檢查無問題后,再根據(jù)彩燈的變化情況,確定可能的原因,分析是哪個功能模塊出了問題,用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能,發(fā)現(xiàn)并改正錯誤,直到符合要求為止.3.調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：(1)彩燈只有一種把戲變化,沒有其它的把戲：原因可能是雙D觸發(fā)器74LS74不能產(chǎn)生周期性的兩位二進(jìn)制碼或是555不能產(chǎn)生觸發(fā)雙D觸發(fā)器的CP脈沖,使雙D觸發(fā)器維持在一種狀態(tài).可換一片好的74LS74芯片或檢查555CP脈沖產(chǎn)生電路,看是否產(chǎn)生周期性的CP脈沖,使雙D觸發(fā)器產(chǎn)生四種循環(huán)的狀態(tài),彩燈就能四把戲變化.(2)彩燈

17、無規(guī)律變化：原因可能是四種碼的產(chǎn)生電路不能產(chǎn)生符合要求的四種碼,檢查模十六計(jì)數(shù)器的CP脈沖是否穩(wěn)定,看74LS161是否能計(jì)數(shù),即Q、Q、Q、Q是否周期性的上下電平變化,前面沒問題,再檢查與門74LS08和非門74LS04是否能實(shí)現(xiàn)它們邏輯功能.(3)彩燈的四種把戲都有,但中間有一些混亂的狀態(tài)：原因可能是數(shù)據(jù)選擇器輸出的兩種碼之間的間隔大于彩燈每一種狀態(tài)持續(xù)的時間,使彩燈的一種把戲完成后并沒有進(jìn)入另一種狀態(tài),當(dāng)進(jìn)入另一種狀態(tài)時上一種狀態(tài)的多余碼進(jìn)入下一個狀態(tài),故出現(xiàn)了混亂的狀態(tài).可改變雙D觸發(fā)器的CP脈沖,即改變多諧振蕩器的電阻,使得一種把戲完成后,數(shù)據(jù)選擇器地址輸入端狀態(tài)改變,正好選擇另一組

18、碼輸出,彩燈把戲改變.結(jié)論本次所設(shè)計(jì)的是把戲彩燈限制器,該限制器的設(shè)計(jì)主要結(jié)合了大二所學(xué)的低頻電子線路及脈沖與數(shù)字電路課程課程設(shè)計(jì)這門課需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和完整的設(shè)計(jì)思維和方法.設(shè)計(jì)電路關(guān)鍵在于對設(shè)計(jì)要求的理解分析以及對根本電路相關(guān)知識的熟練掌握.設(shè)計(jì)電路時,將總體的功能分成假設(shè)干個局部來實(shí)現(xiàn),是簡化電路設(shè)計(jì)思路的很好方法；且搞清各個模塊的功能與實(shí)現(xiàn)要求操作的具體方法,對電路故障的檢查也是很有幫助.通過這次設(shè)計(jì),學(xué)到了很多東西,如查找資料,設(shè)計(jì)比擬,從各種圖中提取所需.焊接時出學(xué)到了好多,如如何在一定大小的板子上正確擺放好芯片,如何布線等等,調(diào)試時也是,知道了用工具如萬用表來檢查、修復(fù)故障.本次課設(shè)算是成功的,讓作者學(xué)到很多,包括焊接技術(shù).也吸取了很多教訓(xùn).真正提高了動手水平,學(xué)會獲取資料,活潑了自己的思維,穩(wěn)固了所學(xué)知識.把戲彩燈限制器的設(shè)計(jì)是對數(shù)