简易彩灯控制器电路Word下载.docx
- 文档编号:13485583
- 上传时间:2022-10-11
- 格式:DOCX
- 页数:53
- 大小:635.16KB
简易彩灯控制器电路Word下载.docx
《简易彩灯控制器电路Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《简易彩灯控制器电路Word下载.docx(53页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1.4设计框图
图1-4
把四花型彩光灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每个模块完成特定的功能,再它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。
系统可由四个模块组成。
它们分别为:
时钟振荡电路,555定时器构成多谐振荡器;
分频电路,由四位二进制计数器74LS161组成,为D触发器提供时钟;
状态机电路,由双D触发器组成;
移位显示电路,由双向移位寄存器74194和发光二极管组成,实现花型显示。
电路系统由四部分组成:
1)时钟振荡电路由555定时器,电阻及电容构成时钟振荡电路,为系统提供时钟;
2)分频电路由四位二进制计数器74LVC161组成,为D触发器提供时钟信号,为状态机提供时钟;
3)状态机电路由双D触发器74LS74组成;
4)移位显示器由双向移位寄存器74HC194组成。
1.5工作原理分析
由555定时器构成的时钟振荡电路产生固定频率的脉冲,一方面作用于由74161组成的分频电路,一方面作用于由74F194构成的移位输出电路,为他们提供时钟信号。
由于74161是16分频计数器,故每十六个脉冲74LS161进位一次,致使触发器U1A翻转一次,而触发器U2A的3脚连接的是触发器U1A的5脚,实现了U1A的16分频和U2A的32分频。
所以平均U1A翻转两次而U2A翻转一次。
集成移位寄存器74194由个RS触发器及他们的输入控制电路组成,其中S1和S0是两个控制输入端。
双D触发器的输出端改变S0,S1的值,实现左右移动控制。
可组成U1A左移,U2A右移;
U1A右移,U2A右移;
U1A左移,U2A左移;
U1A右移,U2A左移四种花型。
每十六个脉冲每种花型恰好循环两次,而此时D触发器翻转,转换为下一种花型。
1.6设计方案
用移位寄存器来控制彩灯的左右移动,用触发器和计数器组成的周期性触发电路,而此电路中的CP脉冲用NE555定时器通过外接电路实现。
此种电路的优点就是CP脉冲的频率稳定,彩灯花样变换的效果好,而且实现了自动控制,于预期控制。
第二章:
各部分工作原理分析
2.1时钟电路工作原理图
(1)内部原理图
图2-1
(2)555定时器
555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管T和缓冲器G组成,其内部结构如图2-3所示,功能表如表所示。
555定时器功能表
表2-1-2
输入
输出
阈值输入Vi1
触发输入Vi2
复位Rd
输出Vo
放电管T
*
导通
<
2Vcc/3
Vcc/3
1
截止
>
不变
(3)555定时器构成时钟电路
图2-1-3时钟电路
当Vc上升到2VCC/3时,使Vo为低电平,同时放电二极管T导通,此时电容C通过R2和T放电,Vc下降。
当Vc下降到VCC/3时,Vo翻转为高电平。
当放点结束时,T截止,VCC将通过R1、R2向电容器C充电,Vc上升。
当Vc上升到2VCC/3时,电路又翻转为低电平。
如此周而复始,于是,在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
2.2分频电路工作原理
(1)分频电路引脚图
图2-2-1
(2)74161是4位二进制同步加计数器。
其中1脚是异步清零端,9脚是预置数控制端,P1、P2、P3、P4是预置数据输入端,CO是进位输出端,7脚和10脚是计数控制端。
由其功能表可知:
1.异步清零
当1脚为低电平时,不管其他输入端的状态如何,计数器将被直接置零;
2.同步并行预置数
在1脚接高电平的条件下,当9脚接低电平且有时钟脉冲CLK上升沿的作用下,P1、P2、P3、P4输入端的数据将分别被Q1、Q2、Q3、Q4所接收。
3.保持
在1和9脚同时接高电平时,当两个计数使能端中有一个接低电平时,不管有无脉冲CLK的作用,计数器都将保持原来的状态不变。
4.计数
当9脚,1脚,7脚,10脚均接高电平时,74161处于计数状态。
当时钟电路给计数器十六个脉冲时,计数器进位端进1,促使D触发器翻转或者截止。
2.3状态机电路
(1)状态机电路图
图2-3-1
(2)由两个双D触发器组成。
U3的5脚与U4的3脚连接,从而实现了U3的16分频和U4的32分频。
状态机电路由两个D触发器组成。
触发器U1A的5脚与触发器的U2A的3脚连接,从而实现U1A的16分频和U2A的32分频。
D触发器为上升沿出发,当脉冲由低电平变为高电平时,D触发器发生翻转。
本电路中,假设开始时U1A的5脚为高电平,则U2A的3脚也为高电平,分频电路16拍进位一次,促使触发器U1A发生翻转使5脚变为低电平则U2A的3脚也变为低电平。
当分频电路经过第二个16拍时,再次进位,U1A的5脚为高电平而此时U2A的2脚也再次变为高电,此过程中U2A经历了一个上升沿触发,翻转一次,从而实现四种花型的轮流变换。
2.4移位输出电路
(1)移位输出电路
图2.4.1移位输出电路
(2)74LVC194由4个RS触发器及它们的输入控制电路组成。
其中S0和S1是两个控制输入端,A、B、C、D是并行输入端。
它们的状态组合可以完成四种控制功能,其中左移和右移两项是串行输入,数据是分别从左移输入端7引脚和右移输入端2引脚送入寄存器的。
1引脚是异步清零输入端。
本电路中要求移位过程中数据不能丢失,仍然保持在计数器中,所以在电路中采用将移位寄存器的最高位输出端15引脚和最低位输入端2引脚连接以及让移位寄存器的最低位输出端12引脚和最高位输入端7引脚连接,形成环形计数器。
从而实现了四种花型轮流转化。
74LS194功能表如下:
表2-4-2
第三章.主要芯片功能介绍
3.1D触发器
D触发器的引脚如下图:
图2-4是D触发器的逻辑符号,从图2-4可看出CP是上升沿有效,当然,D触发器还有CP下降沿有效的,如图2-4(b)所示。
(a)(b)
图2-4维持阻塞D触发器逻辑符号
表2-4特征表
D
Qn
Qn+1
此表为D触发器的特征表,特征表就是Qn将也作为真值表的输入变量,而Qn+1为输出,此时的真值表称为特征表。
有特征表可得特征方程:
Qn+1=D
状态转换图和时序图
维持阻塞D触发器的状态转换图如图2-5所示,图(a)为状态转换图,图(b)为时序图。
(a)(b)D触发器的状态转换图和时序图
3.2555时基电路的电路结构及引脚图
-
图3-2-1
上图为555时基电路的电路结构和8引脚双列直插式的引脚图,由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。
它的各个引脚功能如下:
1脚:
GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
8脚:
VCC(或VDD)外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般为5V。
3脚:
OUT(或Vo)或输出端。
2脚:
TR低触发器。
6脚:
TH高触发器。
4脚:
R是直接清零端。
当R端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
5脚:
CO(或VC)为控制电压端。
若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01mF电容接地,以防引入干扰。
7脚:
D放电端。
该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
电阻分压器由三个5K的等值电阻串联而成。
电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压,比较器C1的参考电压为2/3Vcc,加在同相输入端的参考电压比较后,其结果作为基本RS触发器R端的输入信号;
低电平触发信号加在C2的同相输入端,与反相输入端的参考电压比较后,其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。
基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。
在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc,1/3Vcc的情况下,555时基电路的功能表如下表所示:
表3-2-1
3.3发光二极管
它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能;
简写为LED。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中国电子和空穴多处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
发光二极管的反向击穿电压约5伏。
它的正向伏安特性很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。
图2-7发光二极管
它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能好。
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片,在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层,称为PN结。
在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。
当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。
3.474LS161
74LS161的引脚图如下:
图3-4-1
74LS161功能表如下所示:
表3-4-1
由表可知,74161具有以下功能:
1、异步清零:
当RD=0时。
不管其他输入端的状态如何,计数器将直接输出0。
2、同步并行预置数:
在RD=1的条件下,当LD=0、且有时钟脉冲CP上升沿作用的时候,P0、P1、P2、P3输入端的数据将分别被Q0~Q3所接收。
由于这个置数操作要与CP脉冲上升沿同步,且P0~P3的数据同时置入计数器,所以称为同步并行预置。
3、保持:
在RD=LD=1时,当ET*EP=0,即两个计数使能端有0时,不管有无CP脉冲的作用,计数器都将保持原有状态不变,当EP=0,ET=1时,进位输出RCO也保持不变,当E
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 简易 彩灯 控制器 电路