自動化1005第一組多花樣自動切換地彩燈控制器設(shè)計10

標準文檔學 號： 課程設(shè)計題 目學 院

多花樣自動切換的彩燈控制器設(shè)計自動化學院專業(yè)自動化專業(yè)班級自動化1005姓名指導教師2012 年 6 月 30 日實用文案標準文檔課程設(shè)計任務(wù)書學生姓名： 王秀英 專業(yè)班級： 自動化1005班指導教師： 李波、李彬 工作單位： 自動化學院題 目: 多花樣自動切換的彩燈控制器設(shè)計初始條件：1．運用所學的模擬電路和數(shù)字電路等知識；2．用到的元件：實驗板、電源、連接導線、 74系列芯片、555芯片等。要求完成的主要任務(wù):1． 現(xiàn)有8只彩燈，試設(shè)計一控制器，要求彩燈能實現(xiàn)如下追逐圖案：2． 第1種花樣為彩燈從右到左,然后從左到右逐次點亮 ,全滅全亮,3． 第2種花樣為彩燈兩邊同時亮 1個逐次向中間移動再散開 ;4． 2種花樣自動變換,循環(huán)往復。時間間隔為 1秒。5． 嚴格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。時間安排：第1天下達課程設(shè)計任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；第2～4天進行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計方案；第5天提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；第6～8天組裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；第9～11天結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；第12～14天補充完成課程設(shè)計報告和答辯。指導教師簽名：2012年6月25日系主任（或責任教師）簽名：2012年6月25日實用文案標準文檔目錄摘要........................................................................1ABSTRACT....................................................................21設(shè)計意義及要求............................................................31.1設(shè)計意義.............................................................31.2設(shè)計要求.............................................................31.2.1題目............................................................31.2.2初始條件........................................................31.2.3要求完成的主要任務(wù)..............................................32設(shè)計方案..................................................................42.1設(shè)計思路.............................................................42.2方案設(shè)計.............................................................42.2.1設(shè)計方案一......................................................42.2.2設(shè)計方案二......................................................63電路設(shè)計..................................................................63.1時鐘電路.............................................................73.226種碼產(chǎn)生器........................................................73.2.126種碼產(chǎn)生器產(chǎn)生電路...........................................73.2.274LS161和74HC154芯片介紹.......................................83.3子計數(shù)器............................................................113.4顯示模塊............................................................123.4.1顯示模塊電路..................................................123.4.274LS138芯片介紹................................................134調(diào)試與檢測...............................................................144．1調(diào)試中的故障及解決辦法.............................................154.2調(diào)試與運行結(jié)果......................................................155仿真操作步驟及使用說明...................................................155.1各部件說明..........................................................165.2操作說明............................................................16結(jié)束語.....................................................................16參考文獻...................................................................17附件一.....................................................................18附錄二.....................................................................19實用文案標準文檔附件三.....................................................................20實用文案標準文檔摘要彩燈控制在我們?nèi)粘Ｉ钪惺种匾?，很多領(lǐng)域都有它的應用。比如霓虹燈的閃爍變換，廣告燈的效果，景區(qū)裝飾燈的變換等。本次課設(shè)制作的多花樣自動切換的彩燈控制器是其中較簡單的，但這仍需要我們的知識的綜合運用。本次課設(shè)需要設(shè)計一個多花樣（二花樣）自動切換的彩燈控制器。用 555定時器提供周期為1s的時鐘脈沖，用兩個74LS161和兩個74LS154構(gòu)成5線-32線譯碼器，使它不斷循環(huán)產(chǎn)生26種狀態(tài)，并自動變換。前八種狀態(tài)通過一個74LS161構(gòu)成的8進制計數(shù)器來控制74LS138譯碼器來實現(xiàn)彩燈從右往左逐次點亮；第九種到十六種狀態(tài)通過一個74LS161構(gòu)成的8進制計數(shù)器來控制74LS138譯碼器來實現(xiàn)彩燈從左往右逐次點亮；第十七和十八種狀態(tài)通過一個74LS161構(gòu)成的2進制計數(shù)器和一個三態(tài)門來控制彩燈全滅和全亮；第十九種到第二十六種狀態(tài)通過前兩個 8進制計數(shù)器共同控制兩片譯碼器彩燈兩邊同時亮 1個逐次向中間移動再散開。經(jīng)試驗驗證，所設(shè)計的多花樣（二花樣）自動切換的彩燈控制器能實現(xiàn)兩種花樣，兩種花樣循環(huán)變換。關(guān)鍵字：二花樣、自動變換、時鐘脈沖、計算器、譯碼器實用文案標準文檔AbstractLampcontrolisveryimportantinourdailylives,manyareashaveitsapplication.Forexample,neonflashingtransform,theeffectofadvertisinglights,scenicdecorationlightstransform.Thelessonsetformulti-patternautoswitchlanterncontrollerisrelativelysimple,butitstillneedstheintegrateduseofourknowledge.Theclasssetneedtodesignmorethanonepattern(pattern)automaticallyswitchesthelampcontroller.555timercycleoftheclockpulse1sline5-32linesoftwo74LS161andtwo74LS154decodertomakeitcontinuouscycletoproduce26kindsofstate,andautomaticallytransform.Thefirsteighttocontrolthestatusofa74LS161octalcounter74LS138decodertoachievesuccessivelitlanternfromrighttoleft;Theninthof16statescontrolofa74LS161octalcounter74LS138decodertoachievesuccessivelitlanternfromlefttoright;Seventeenthandeighteenthstateofa74LS161binarycounterandathree-stategatetocontrolthethelanternQuanmieandalllight;Speciesof19totwenty-sixstatescontroltwodecoderlanternsonbothsidesatthesametimebrightasuccessivemovetothemiddleandthenspreadthroughthefirsttwooctalcounter.Theexperimentsprovethatthedesignofmulti-pattern(pattern)automaticallyswitchesthelampcontrollertoachievetwotricks,twokindsofpatternlooptransformation.Keywords:pattern,automaticallychangetheclockpulse,calculator,decoder實用文案標準文檔設(shè)計意義及要求1.1 設(shè)計意義彩燈控制器有著十分重要的應用，所以彩燈控制在我們?nèi)粘Ｉ钪惺种匾?，很多領(lǐng)域都有它的應用。比如霓虹燈的閃爍變換，廣告燈的效果等。本次課設(shè)制作的多花樣自動切換的彩燈控制器是其中較簡單的，這不僅需要我們的知識的綜合運用，而且鍛煉了我們的實際動手操作能力。1.2 設(shè)計要求 題目：多花樣自動切換的彩燈控制器設(shè)計 初始條件：運用所學的模擬電路和數(shù)字電路等知識；用到的元件：實驗板、電源、連接導線、 74系列芯片、555芯片等。 要求完成的主要任務(wù):現(xiàn)有8只彩燈，試設(shè)計一控制器，要求彩燈能實現(xiàn)如下追逐圖案：第1種花樣為彩燈從右到左,然后從左到右逐次點亮,全滅全亮；第2種花樣為彩燈兩邊同時亮1個逐次向中間移動再散開;2種花樣自動變換,循環(huán)往復。時間間隔為1秒。實用文案標準文檔設(shè)計方案2.1 設(shè)計思路用一個555定時器來提供時鐘脈沖，通過5線-32線譯碼器中的26種狀態(tài)來控制多花樣自動切換的彩燈控制器的 26種狀態(tài)，最后由3線-8線譯碼器來控制 8盞彩燈的亮滅。2.2 方案設(shè)計 設(shè)計方案一將多花樣自動切換的彩燈控制器設(shè)計分成四個模塊，每一個模塊完成一項功能。多花樣自動切換的彩燈控制器設(shè)計的四個模塊分別為時鐘電路， 26種碼產(chǎn)生器，子計數(shù)器，顯示模塊。設(shè)計框圖如圖 2.1；控制器的真值表如表 2.1所示。時26種子顯鐘碼計示電產(chǎn)生數(shù)模路器器塊圖2.1 系統(tǒng)組成框圖輸入狀態(tài)輸出狀態(tài)D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q01000000111111120000110111111300010110111114000111110111150010011110111實用文案標準文檔續(xù)輸入狀態(tài)輸出狀態(tài)表：D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q060010111111011700110111111018001111111111090100011111110100100111111101110101011111011120101111110111130110011101111140110111011111150111010111111160111101111111171000011111111181000100000000191001001111110201001110111101211010011011011221010111100111231011011100111241011111011011251100010111101261100101111110表2.1控制器真值表由一個555構(gòu)成時鐘電路；由兩個74LS161和一個74HC10（三輸入與非門）構(gòu)成26計數(shù)器；由兩個74HC154和一個非門構(gòu)成5線-32線譯碼器；由兩片74LS161和兩個非門分別構(gòu)成8計數(shù)器；由一片74LS161和非門及一個74LS126（三態(tài)門）構(gòu)成2計數(shù)器控制彩燈的全滅和全亮；由兩片 74LS138和八盞彩燈構(gòu)成顯示模塊。電路圖如圖附錄一實用文案標準文檔 設(shè)計方案二方案二采用 51單片機，只需要有復位電路，時鐘電路，電源電路，單片機就可以正常工作。按圖將 LED與單片機連接好，通過編程就可以實現(xiàn)題目的要求。電路圖如圖2.2所示；大圖見附錄二；程序見附錄三。圖2.2 方案二設(shè)計圖2.3 方案比較方案一是采用數(shù)字芯片，它的缺點是比較復雜，使用芯片多，費用大，連線比較麻煩，容易出錯，但可以很好的鍛煉分析、解決問題的能力和仿真軟件的使用。方案二采用單片機實現(xiàn)，它的缺點是單片機有點大材小用，優(yōu)點是連線簡單，所需元件少，可以很好的工作。所以，仿真選擇采用數(shù)字芯片，實物制作采用單片機。電路設(shè)計實用文案標準文檔3.1 時鐘電路用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，電路輸出得到一個周期性的矩形脈沖。ttt

pLR1Cln20.7R1C0.71001034.71060.329spH(R1R2)Cln20.7(R1R2)C0.7(100100)1034.71030.658stpLtpH0.3290.6580.987s1s555芯片管腳如圖3.1所示；電路圖如圖 3.2所示。圖3.1555芯片管腳圖3.226 種碼產(chǎn)生器 種碼產(chǎn)生器產(chǎn)生電路用由兩個74LS161（U1、U2）和一個74HC10（三輸入與非門）構(gòu)成 26計數(shù)器，當U1第一次加到15時，再來一個脈沖信號，U1產(chǎn)生一個進位信號給U2，U1再做加計數(shù)器，當U1的32101010時同時U2的32100001時，將U1的Q3Q1和U2的Q0通過一個QQQQQQQQ三輸入與非門連接到兩片161的清零端，使其重新計數(shù)，形成26計數(shù)器。由兩個74HC154（U5、U6）和一個非門構(gòu)成5線-32線譯碼器，輸出26種狀態(tài)。由U2的Q0直接接到第一片154的E2是能端，再通過一個非門接到第二片154的E2使能端，如Q0=0，選擇第一片154芯片，來輸出前16種狀態(tài)，此時第二片154停止工作；Q0=1，則相反。電路圖如圖3.3所示。實用文案標準文檔圖3.2555定時器 和74HC154芯片介紹74LS161的引腳圖和功能表如圖 3.4和表3.1所示。引腳介紹：時鐘信號，四個數(shù)據(jù)輸入端 P0~P3，清零MR，使能端CEP、CET，置數(shù)PE，數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3，進位端TC。當CR＝0（輸入低電平），則不管其他輸入端（包括CP端）狀態(tài)如何，四個數(shù)據(jù)輸出端QA、QB、QC、QD全部為零。所以該計數(shù)器具有“異步清零”功能。當CR＝1且LD＝0時，時鐘脈沖CP上升沿到達，四個數(shù)據(jù)輸出端Q、Q、Q、Q同時ABCD分別接收并行數(shù)據(jù)輸入信號 a、b、c、d，該芯片具有“同步置數(shù)”功能。當LD＝CR＝1，CTr＝CTp＝1時，則對計數(shù)脈沖CP實現(xiàn)4位同步二進制加計數(shù)。當CR＝LD＝1時，只要CTr和ENP中有一個為0，則不管CP狀態(tài)如何（包括上升沿），計數(shù)器所有數(shù)據(jù)輸出都保持原狀態(tài)不變。因此， CTr和CTp應該為計數(shù)控制端，當它們同時為1時，計數(shù)器執(zhí)行正常同步計數(shù)功能； 而當它們有一個為 0時，計數(shù)器執(zhí)行保持功能。74HC154的引腳圖和功能表如圖 3.5和表3.2所示實用文案標準文檔圖3.474LS161引腳圖Vcc QCC Q0 Q1 Q2 Q3 CTr LD16 15 14 13 12 11 10 98QCC Q0 Q1 Q2 Q3 ErCR LDCP D0 D1 D2 D3 EP12345678CRCPD01D2D3CTP地D圖3.326種碼產(chǎn)生器輸入輸出CRCPLDCTrCTpD3D2D1D0Q3Q2Q1Q000000實用文案標準文檔10dcbadcba110Q3Q2Q1Q0110Q3Q2Q1Q01111狀態(tài)碼加1表3.174LS161功能表圖3.574HC154的引腳圖引腳介紹： 1-1113-17 ：輸出端。18-19：使能輸入端、低電平有效 。20-23地址輸入端(addressinputs)74HC154是一款高速 CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基 TTL（LSTTL）系列。74HC154譯碼器可接受 4位高有效二進制地址輸入，并提供 16個互斥的低有效輸出。74HC154的兩個輸入使能門電路可用于譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴展。該使能門電路包含兩個“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入， 74HC154可充當一個1-16的多路分配器。當其余的使能輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應用的狀態(tài)。輸入 輸出E1 E2 A3 A2 A1 A0L L L L L L y0實用文案標準文檔LLLLLHy1LLLLHLy2LLLLHHy3LLLHLLy4LLLHLHy5LLLHHLy6LLLHHHy7LLHLLLy8LLHLLHy9LLHLHLy10LLHLHHy11LLHHLLy12LLHHLHy13LLHHHLy14LLHHHHy15H NONEH NONE表3.274HC154功能表3.3 子計數(shù)器將26種碼的前8種通過與門和與非門合并成一個信號輸出，只要是其中的一個信號，就輸出為1，將這一個信號作為74LS161（U11）的使能信號；同理，第9到16種碼合并成一個信號作為74LS161（U80）的使能信號；第17和18種碼合并成一個信號作為74LS161（）的使能信號；U11和U80是8進制計數(shù)器，當Q3Q2Q1Q01000時，Q的信號通過U133一個非門反饋到清零端，是計數(shù)器重新計數(shù)；U13是二進制計數(shù)器，當Q3Q2Q1Q00010時，Q3的信號通過一個非門反饋到清零端，是計數(shù)器重新計數(shù)。第19到26種碼合并成一個信號，通過或門接到U11和U80的使能端，即如是第19到26種碼，則U11和U80同時工作。電路圖如圖3.6所示。實用文案標準文檔圖3.6子計數(shù)器3.4 顯示模塊 顯示模塊電路第一片74LS138（U16）的E1使能端與子計數(shù)器中的第一片 74LS161，即U11的使能端并聯(lián)，所以當U11工作時，帶動U16工作。U11的Q2Q1Q0分別接到U16的CBA上，于是第1到第8的碼通過它們使燈從右往左逐次點亮。當 U11不工作時，E1=0，U16輸出全為1，通過與門對彩燈亮滅沒影響。同理，第二片 74LS138（U17）的E1使能端與子計數(shù)器中的第二片74LS161，即U80的使能端并聯(lián)，U80的Q2Q1Q0分別接到U17的CBA上，于是第9到第16的碼通過它們使燈從左往右逐次點亮。第三片 161的使能端和一個三態(tài)門的使能端實用文案標準文檔并聯(lián)，通過使能信號來控制第 17和18種碼。當輸入的是第17種碼，第三片161工作，Q0=0，通過非門和三態(tài)門輸出為 1，把它直接接到八盞彩燈前面的與門，則與門輸出為 1，所以八盞彩燈全滅。當輸入的是第 18種碼，第三片 161工作，Q0=1，通過非門和三態(tài)門輸出為0，把它直接接到八盞彩燈前面的與門，則與門輸出為 0，所以八盞彩燈全亮。當輸入的是第19到26種狀態(tài)時，第一片161（U11）和第二片161（U80）同時工作，彩燈兩邊同時亮1個逐次向中間移動再散開。如是第19種狀態(tài)，U11控制第8盞燈亮，同時U80控制第1盞燈亮，就是兩邊同時亮一個燈，如此類推，效果就是燈逐次向中間移動再散開。電路圖如圖3.7所示。圖3.7顯示電路 芯片介紹74LS138的引腳圖和功能表如圖 3.8和表3.3所示。實用文案標準文檔圖3.674LS138的引腳圖輸入輸出E3E2E1A2A1A0y0y1y2y3y4y5y6y701111111111111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110表3.374LS138的功能表引腳介紹：A2A1A0數(shù)據(jù)輸入端，E3E2E1使能端， Y0~Y7數(shù)據(jù)輸出端當一個選通端（ E3）為高電平，另兩個選通端（ E2、E1）為低電平時，可將地址端（A0、A1、A2）的二進制編碼在 Y0至Y7對應的輸出端以低電平譯出。調(diào)試與檢測實用文案標準文檔4．1調(diào)試中的故障及解決辦法方案一調(diào)試現(xiàn)象：按照電路圖，在Proteus上連好電路，點擊仿真按鈕，前8種狀態(tài)，D1一直都亮著，后面 8種狀態(tài)D8一直亮著。全滅和全亮的順序反了，變成了全亮在全滅。解決辦法：因為開始設(shè)計是，兩片 74LS138的使能端都是正常接線，需接高的就接了高電平，需接低的就接低電平，沒有與相應的子計數(shù)器中的 74LS161的使能端相連 ，而且第三片161沒有接非門，所以當輸入前 8種狀態(tài)時，第二片 161的Q3Q2Q1Q0=0000，即第二片138的CBA=000時，輸出狀態(tài)Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0=11111110，所以D1一直都亮著。同理輸入后面8種狀態(tài)時，第一片161的Q3Q2Q1Q0=0000，第一片138的CBA=000時，輸出狀態(tài)Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0=11111110，所以D8一直都亮著。將兩片138的E1接到相應的161的使能端上，輸入前8種狀態(tài)時，第二片161和第二片138都不使能，輸出狀態(tài)Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0=11111111，所以D1就不會一直都亮著。同理，D8也不是一直都亮著。全滅和全亮的順序飯了，是因為第三片 161的Q0=0，通過三態(tài)門直接接到燈上，所以燈全亮，Q0=1，燈全滅。在第三片161的Q0接一個非門，全滅和全亮的順序就會恢復正常。方案二中焊接好電路板后，將下載好的程序輸入單片機中，花樣變化正常，但是每個狀態(tài)變化的時間不是預定值 1s。檢查電路發(fā)現(xiàn)電路沒問題，是因為時間是由單片機定時器控制的，所以將程序中定時器的參數(shù)值改變后在調(diào)試，發(fā)現(xiàn)彩燈按要求正常工作。4.2 調(diào)試與運行結(jié)果改進電路后，運行結(jié)果正常，八盞彩燈從右到左,然后從左到右逐次點亮,全滅全亮（順序為：D8、D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8逐個亮，然后全滅，再全亮）；之后彩燈兩邊同時亮 1個逐次向中間移動再散開（順序為：D1D8、D2D7、D3D6、D4D5、D4D5、D3D6、D2D7、D1D8逐次亮）; 2種花樣自動變換,循環(huán)往復。時間間隔為1秒。仿真操作步驟及使用說明實用文案標準文檔5.1 各部件說明U3是555定時器，提供T=1s的時鐘周期；U1，U2，U4：A是26進制計數(shù)器；U5，U6，U7：A、B，U9：A、B，U10：A、B是5線-32線譯碼器；U11，U12，U13分別是8,8,2進制計數(shù)器；U16，U17是3線-8線譯碼器；D1~D8是八盞彩燈。D0為左邊第一盞燈，以此類推， D8為右邊第一盞燈。5.2 操作說明點擊仿真按鍵：八盞彩燈從右到左,然后從左到右逐次點亮,全滅全亮（順序為：D8、D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8逐個亮，然后全滅，再全亮）；之后彩燈兩邊同時亮1個逐次向中間移動再散開（順序為：D1D8、D2D7、D3D6、D4D5、D4D5、D3D6、D2D7、D1D8逐次亮）;2種花樣自動變換,循環(huán)往復。時間間隔為1秒。結(jié)束語實用文案標準文檔本次課程設(shè)計需要對題目的分析，將