12路流水燈控制電路資料

1、一、概述 隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)合可以看到彩色霓虹燈不斷變化閃爍。LED，低廉的造價(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來(lái)裝飾街道和城市燈由于其豐富的燈光色彩建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚。 但目前市場(chǎng)上各式樣的LED燈控制器大多數(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按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場(chǎng)合、不同時(shí)間段的需要來(lái)調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間、模式、閃爍頻率等動(dòng)態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過(guò)多、電路復(fù)雜、功率損耗大等缺點(diǎn)。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對(duì)現(xiàn)有彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。 流水彩燈控制器

2、在我們?nèi)粘Ｉ钪杏兄匾膽?yīng)用，如廣告牌的設(shè)計(jì)和節(jié)日彩燈的設(shè)計(jì)都能運(yùn)用到它的原理。本次設(shè)計(jì)的流水彩燈控制器是其中較簡(jiǎn)單的，但這是復(fù)雜設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)要求： 1、在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本。 2、根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。 3、畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。 技術(shù)指標(biāo)： 1、用中規(guī)模計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)該12路流水燈控制電路； 2、要求每盞燈的點(diǎn)亮?xí)r間介于1s1.2s之間； 3、要求用555定時(shí)器設(shè)計(jì)時(shí)鐘脈沖，12路流水燈采用12個(gè)發(fā)光二極管代替。二、方案設(shè)計(jì) 1 原理框圖74HC154譯碼電路部分LED顯示部分74LS161計(jì)數(shù)部分555多諧振蕩電路 圖1 12路流水

3、燈設(shè)計(jì)原理圖 該電路主要由555定時(shí)器、74LS161計(jì)數(shù)器和74HC154譯碼器和LED發(fā)光二極管。由555定時(shí)器構(gòu)成脈沖發(fā)生器，并由LED發(fā)光二極管監(jiān)視電路是否工作；將74SL161接成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，74SL154的12個(gè)輸出端依次與排成一排的12個(gè)LED發(fā)光管相接。161芯片的QC、QD端接與非門然后與161的LOAD端相接；且161的LOAD端通過(guò)非門與154芯片的G1與G2相接。取74SL161的QD、QC、QB、QA接到74SL154的地址控制端D、C、B、A， 12個(gè)發(fā)光二極管按一定方向循環(huán)亮滅。 2 各模塊組成及功能分析 1、振蕩電路：由一個(gè)555芯片與滑動(dòng)變阻器，電阻和電容組

4、成。周期可調(diào)，控制計(jì)數(shù)器。 2、計(jì)數(shù)器：由一個(gè)74LS161芯片與兩個(gè)非門組成，輸出信號(hào)至譯碼器，控制LED燈的亮滅的順序。 3、譯碼器：由一個(gè)74HC154芯片組成，為4-16譯碼器， 輸出來(lái)自555芯片的信號(hào)到LED燈。 4、顯示部分:由12個(gè)發(fā)光二極管和電阻組成，通過(guò)發(fā)光二極管的亮滅情況判斷電是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。三、電路設(shè)計(jì)1 555多諧振蕩電路多諧振蕩電路由LMC555定時(shí)器、一個(gè)滑動(dòng)變阻器、一個(gè)電阻、兩個(gè)電容組成。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活方便，所以555芯片在波形的產(chǎn)生與變化、測(cè)量與控制等多

5、種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本次課設(shè)的多諧振蕩電路在這次課程設(shè)計(jì)中，LMC555定時(shí)器用來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。LMC555定時(shí)器的管腳圖如圖2所示： 圖2 555定時(shí)器管腳 555定時(shí)器內(nèi)部主要由以下幾個(gè)部分組成： 1、電阻分壓器：由3個(gè)5k的電阻組成。2、電壓比較器：由C1與C2組成，當(dāng)控制輸入端懸空時(shí)，C1與C2的基準(zhǔn)電壓分別是1/3VCC與2/3VCC。3、基本RS觸發(fā)器：由兩個(gè)與非門G1與G2構(gòu)成，對(duì)兩個(gè)比較器輸出的電壓進(jìn)行控制。4、放電三極管VT:VT是集成極開路的三極管，VT的集成極做定時(shí)器的引出端D。5、緩沖器：由G3與G4構(gòu)成，提高電路的負(fù)載能力。 引腳功能： 1腳位接地端；2腳是低電平觸發(fā)

6、器入端；3腳輸出端；4腳復(fù)位端；5腳是電壓控制器；6腳是高電平觸發(fā)器入端；7腳是放電端；8腳是電源端。 由555定時(shí)器構(gòu)成的諧振蕩電路如圖3所示： 圖3 555多諧振蕩電路 555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路，電路輸出可以得到一個(gè)周期性的矩形脈沖，其周期為： T=T1+T2=（R1+2R2）C1ln 2 由于1s<T<1.2s，令R1=R2=25K,C1=22F,ln2=0.7，則T=1.155s，在1s1.2s之間，符合要求，且占空比q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)=66.7>50。C2為濾波電容，起濾波作用，一般取C2=0.01F。 接通電源后，Vcc經(jīng)R1，R2

7、給電容C充電。由于電容上電壓不能突變，電源Vc=0，當(dāng)Vc上升到大于Vcc/3時(shí)，RD=1，SD=1，基本RS觸發(fā)器不變，即Q仍為高電平，當(dāng)Vc上升到略大于2Vcc/3時(shí)，RD=0,SD=1,基本觸發(fā)器置零，Q為低電平。這時(shí)Q=1，使內(nèi)部放電管飽和導(dǎo)通，于是電容C經(jīng)內(nèi)部放電管和R2放電，Uc按指數(shù)規(guī)律減小。 當(dāng)Vc下降略小于Vcc/3時(shí)，內(nèi)部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。這時(shí)，Q=0，內(nèi)部放電管截止。于是C結(jié)束放電并重新開始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列的矩形脈沖。2 74LS161計(jì)數(shù)部分 計(jì)數(shù)部分主要由161芯片，一個(gè)與非門和一個(gè)反向器組成。

8、因?yàn)樵谡n設(shè)中需要一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因此采用了74LS161芯片作為計(jì)數(shù)器，用來(lái)控制LED燈的亮滅順序。74LS161的引腳圖如圖4所示： 圖4 161芯片引腳圖 74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。74161型四位同步二進(jìn)制可預(yù)置計(jì)數(shù)器的外引線排列圖及其邏輯符號(hào)，其中CLR（RD）端是直接清零端，LOAD（LD）端是預(yù)置數(shù)控制端，A（A0）、B（A1）、C（A2）、D（A3）是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，ENP（EP）和ENT（ET）是計(jì)數(shù)控制端，QA（Q0）、QB(Q1)、QC（Q2）、QD（Q3）是計(jì)數(shù)輸出

9、端，RCO是進(jìn)位輸出端。74161型計(jì)數(shù)器的功能表如表1所示 表1 74LS161功能表 由表1可知，74LS161具有以下功能： 1、 異步清零：CLR（RD）=0時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出被直接清零，與其他輸入端的狀態(tài)無(wú)關(guān)。  2 、同步并行預(yù)置數(shù)：在CLR（RD）=1條件下，當(dāng)LOAD（LD）=0且有時(shí)鐘脈沖CP的上升沿作用時(shí)，A（A0）、B（A1）、C（A3）、D(A4) 輸入端的數(shù)據(jù)d3、d2、d1、d0 將分別被 QA（Q0）、QB（Q1）、QC（Q2）、QD（Q3）所接收。 3、保持：在CLR（RD）=LOAD（LD）=1條件下，當(dāng)ENT（ET）·ENP（EP）=0，不管

10、有無(wú)CLK（CP）脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變。需要說(shuō)明的是，當(dāng)ENP=0，ENT=1時(shí)，進(jìn)位輸出RCO也保持不變；而當(dāng)ENT=0時(shí)，不管ENP狀態(tài)如何，進(jìn)位輸RCO=0。  4、計(jì)數(shù)：當(dāng)CLR=LOAD=ENP=ENT=1時(shí)，74161處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。 由于本次課設(shè)需要用到組合邏輯運(yùn)算，因此需要一個(gè)74LS00芯片,其引腳圖如圖5所示： 圖5 74LS00芯片引腳圖 真值表如表2所示： 表2 74LS00真值表 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 反相器74LS04引腳圖以及功能表如下圖所示: 圖6 74LS04引腳圖 表3 74LS04功能表 A Y

11、 0 1 1 0 74LS161芯片構(gòu)成的譯碼電路部分如圖7所示： 圖7 74LS161譯碼電路部分 置數(shù)端A、B、C、D分別置0。2接脈沖信號(hào)，同555振蕩器的3相接，1、7、10接電源。QA、QB、QC、QD端接154芯片的A、B、C、D端，QC、QD端通過(guò)與非門與LOAD端相接；LOAD端通過(guò)反相器與154芯片的G1與G2相連。3 74LS154譯碼部分與LED顯示部分 該部分分主要由一個(gè)74HC154芯片和12個(gè)發(fā)光二極管以及電阻構(gòu)成。74HC154的引腳圖如下圖所示: 圖8 74HC154引腳圖 74HC154 功能簡(jiǎn)述:  74HC154 4線-16&

12、#160;線譯碼器/解調(diào)器  1、 將4個(gè)二進(jìn)制編碼輸入譯成16個(gè)彼獨(dú)立的輸出之一 ；2、將數(shù)據(jù)從一個(gè)輸入線分配到16個(gè)輸出的任意一個(gè)而實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能；3、輸入箝位二極管簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；4、與大部分TTL和DTL電路完全兼容。     74154這種單片4線16線譯碼器非常適合用于高性能存儲(chǔ)器的譯碼器。當(dāng)兩個(gè)選通輸入G1和G2為低時(shí), 它可將4個(gè)二進(jìn)制編碼的輸入譯成16個(gè)互相獨(dú)立的輸出之一。實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能的辦法是：用4個(gè)輸入線寫出輸出線的地址，使得在一個(gè)選通輸入為低時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)另一個(gè)選通輸入。當(dāng)任何一個(gè)選通輸入是高時(shí)，所

13、有輸出都為高。 功能表如表4所示: 表4 74HC154功能表 引腳端 符號(hào) 名稱及功能1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15,16,17O0O15 輸出低電平18,19G1,G2 使能輸入（低電平）23,22,21,20AD 地址輸入12GND 接地24Vcc 接電源電壓 74HC154及LED燈構(gòu)成的譯碼顯示部分如圖9所示： 圖9 74HC154譯碼及LED顯示部分 引腳端A、B、C、D分別接來(lái)自74LS161的QA、QB、QC、QD端，G1，G2端通過(guò)反相器與161芯片的LOAD端相接，113引腳接電阻與發(fā)光二極管，二極管另一端接4V電源電壓。四、性能測(cè)試1 多

14、諧振蕩電路的測(cè)試 仿真電路圖如圖10所示： 圖10 多諧振蕩電路測(cè)試圖 1、周期為1.278s時(shí)多諧振蕩器輸出的波形圖如下： 圖11 多諧振蕩電路輸出波形圖 2、改變滑動(dòng)變阻器阻值，讓周期落在11.2s之間，此時(shí)輸出的波形圖如下： 圖12 多諧振蕩電路輸出波形圖2 電路整體測(cè)試 第一盞燈亮，其余的燈不亮，如圖13所示： 圖13 整體測(cè)試電路第四盞燈亮，其余的燈不亮，如圖14所示： 圖14 整體測(cè)試電路第九盞燈亮，其余的燈不亮，如圖15所示： 圖15 整體測(cè)試電路第十二盞燈亮,其余的燈都不亮,如圖16所示: 圖16 整體測(cè)試電路所有的燈都不亮,處于全滅狀態(tài),如圖17所示: 圖17 整體測(cè)試電路5

15、、 結(jié)論 電路的設(shè)計(jì)能完成基本功能的實(shí)踐，使用的芯片數(shù)量少，設(shè)計(jì)思路清晰明了。但是在兩個(gè)星期的課設(shè)過(guò)程中我也遇到了不少的問(wèn)題，比如第一次連電路的時(shí)候因?yàn)榘袻ED燈接反導(dǎo)致沒看到預(yù)期的結(jié)果。第二次因?yàn)榇?lián)的電阻阻值過(guò)大導(dǎo)致LED燈不亮。而且在老師的幫助下，我改正了我原來(lái)電路的不足之處，我原來(lái)的設(shè)計(jì)方案是用兩個(gè)138芯片代替154芯片進(jìn)行譯碼，然而結(jié)果并不盡人意，在運(yùn)行過(guò)程中出了不少問(wèn)題，不能達(dá)到預(yù)期效果，后來(lái)多虧了老師，才能順利完成課設(shè)。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我了解了12路流水燈的基本原理與設(shè)計(jì)理念。更讓我明白具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)是非常重要的，如果理論知識(shí)不夠強(qiáng)，隨意一點(diǎn)小的差錯(cuò)就可能導(dǎo)致電路不能

16、達(dá)到預(yù)期的效果。而且，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，充分的將理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)相結(jié)合，也提高了我的查閱資料的水平，讓我的經(jīng)驗(yàn)，能力得到了鍛煉。 經(jīng)過(guò)了這次課設(shè)，也讓我對(duì)于電路產(chǎn)生了興趣，我從中學(xué)到了將整體的功能分成若干部分一一實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)化電路的方法，這對(duì)我們平時(shí)生活，學(xué)習(xí)也很有幫助。我認(rèn)為，老師之所以讓我們?nèi)プ稣n設(shè)，就是為了鍛煉我們的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。 最后，再次對(duì)關(guān)心我的老師，幫助過(guò)我的同學(xué)表示衷心的感謝！ 參考文獻(xiàn)1 童詩(shī)白，華成英編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社2 朱定華主編，電子電路測(cè)試與實(shí)驗(yàn).M北京：清華大學(xué)出版社3 路勇主編，電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真。M北京：北方交通大學(xué)出版社4 康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分第五版.高等教育出版社5 閻石主編，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社6 周巍，黃雄華主編，數(shù)字邏輯電路 實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì) 仿真，電子科技大學(xué)出版社7 包興，胡明主編，電子器件導(dǎo)論，北京理工大學(xué)出版社8 王港元主編，電工電子實(shí)踐指導(dǎo)，江西科學(xué)技術(shù)出版社9 吳立新主編，實(shí)用電子技術(shù)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社10 陳永甫主編，新編555集成電路應(yīng)用800例，電子工業(yè)出版社11 閻有運(yùn)主編，電工電子實(shí)踐系列教程-電子技術(shù)實(shí)踐，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社12 艾永樂，付子義主編，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，中國(guó)電力出版社13 江曉主編，