简易彩灯控制电路课程设计.docx
- 文档编号:1612593
- 上传时间:2022-10-23
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:259.86KB
简易彩灯控制电路课程设计.docx
《简易彩灯控制电路课程设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《简易彩灯控制电路课程设计.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
简易彩灯控制电路课程设计
摘要3
1设计要求3
1.1设计课题3
1.2主要容3
1.3技术要求3
2系统组成及工作原理3
2.1系统组成框图3
2.2工作原理分析3
3电路方案设计3
3.1电路图设计3
4单元电路设计3
4.1时钟脉冲产生电路3
4.2分频电路的工作原理3
4.3状态机电路3
4.4移位输出电路3
4.5桥式整流电路3
4.6发光二级管3
结束语3
致3
参考文献3
附录3
附录1:
元器件清单3
附录2:
输出状态编码3
附录3:
元件引脚图3
附录4:
元件功能表3
附录5:
总设计图3
简易彩灯控制器电路
摘要
彩灯控制器是用来使彩灯按照一定的形式和规律闪亮,起到烘托节日氛围、吸引公众注意力的作用,它是一种很好的照明娱乐工具,应用前景较为广泛。
本设计就是采用电子元件制作的一个简易的具有四种变换花型的彩灯控制器。
本电路系统由四部分组成,分别是:
(1)时钟振荡电路,555定时器构成多谐振荡器;
(2)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;
(3)状态机电路,由双D触发器组成;
(4)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。
彩灯控制器实现方法多种多样,本次设计的这台彩灯控制器主要功能有:
(1)可以控制8个以上的彩灯;
(2)可以组成四种以上花型,并且每种花型能够连续循环两次,各种花型轮流显示。
本电路基于74系列简单逻辑门电路的组合,实现简易电子彩灯控制器电路,具有电路设计简单,成本低廉的特点。
关键词:
时钟脉冲;分频;双D触发器;移位寄存器;计数器
1设计要求
1.1设计课题
题目:
简易彩灯控制器电路
1.2主要容
1.2.1阅读相关文献。
1.2.2学习电子制图软件的使用。
1.2.3学会整理和总结设计文档报告。
1.2.4学会如何查找器件手册及相关参数。
1.3技术要求
1.3.1要求电路能够控制8个以上的彩灯。
1.3.2要求彩灯组成四种以上的花形,每种花形连续循环两次,各种花形轮流显示。
2系统组成及工作原理
2.1系统组成框图
把四花型彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把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,它们分别是:
时钟产生电路、分频电路、移位显示电路、状态机电路。
设计框图如图2.1所示:
图2-1 设计框图
第一部分,由555定时器构成时钟振荡电路,产生固定频率的脉冲;第二部分,由四位二进制计数器74LS161组成分频电路,为D触发器提供时钟,为状态机提供时钟;第三部分,采用双D触发器74LS74组成状态机电路,实现四种花样的轮流显示;第四部分,采用双向移位寄存器74LS194组成移位输出电路。
2.2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。
3电路方案设计
3.1电路图设计
将各单元电路组织起来就得到了系统电路图,如附录F所示。
本电路图设计简单、结构清晰,可分为时钟产生电路、分频电路、移位显示电路、状态机电路。
555定时器构成时钟电路,由四位二进制计数器74LS161组成分频电路,由双向移位寄存器74194和发光二极管组成移位显示电路,双D触发器构成状态机电路。
4单元电路设计
4.1时钟脉冲产生电路
10uF
C5
0.1uF
C6
30K
RA
35K
RB
2
3
RD
4
5
6
7
VCC
8
1
NE555
VCC
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲。
电路图如图4.1所示:
图4-1 由555定时器构成的多振荡器
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的围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的围为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。
接通电源后,电容C5被充电,当2管脚处的电压上升到2Vcc/3时,使Vo为低电平,同时放电三极管T导通,此时电容C5通过R2和T放电,Vc下降。
当Vc下降掉Vcc/3时,Vo翻转为高电平。
振荡器的振荡频率为1.43/(R1+R2+R2)C5。
4.2分频电路的工作原理
图4-2 74LS161引脚图
74LS161是4位二进制同步加计时器。
其中1脚是异步清零端,9脚是预置控制端,P0,P1,P2,P3是预置数据输入端,RCO是预置数据输入端,7和10脚是计数控制端。
(1)异步清零:
当1脚接低电平时,不管其他输入的状态如何,计数器直接清零。
(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时P0,P1,P2,P3输入端的数据分别被Q0,Q1,Q2,Q3所接收。
(3)保持:
1和9脚同时接高电平,两个记数使能端有一个接低电平时,不管有无脉冲,记数器都保持原状态不变。
(4)记数:
当1,7,9,10管脚都接高电平时,计数器处于记数状态。
当时钟电路产生16个脉冲时,计数器进位端进1,促使D触发器翻转或截止。
4.3状态机电路
图4-3状态机电路图
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。
4.4移位输出电路
图4-4 移位输出电路电路图
集成移位寄存器74194由4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,A、B、C、D是并行输入端。
如表1所示,他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引脚送入寄存器中的。
1引脚为异步清零。
如图U1B,本电路中要求移位过程中数据不丢失,故采用将移位寄存器的最高位输出端15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。
从而实现四种花型的循环输出。
表1 74194双向移位寄存器控制端的逻辑功能
4.5桥式整流电路
图4-5 桥式整流电路电路图
桥式整流电路电路具有将双向的交变电压变换为单向的脉动电压的功能,可以将从电路中输入的交流电变成直流电,是使用最多的一种整流电路。
这种电路,只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。
以上满足了我们提高变压器利用率并降低整流管最大反向电压的要求,实现了二极管整流输出的最佳性能。
需要特别指出的是,二极管作为整流元件,要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。
。
如选择不当,则或者不能安全工作,甚至烧了管子;或者大材小用,造成浪费。
"另外,在高电压或大电流的情况下,如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件,可以把二极管串联或并联起来使用。
4.6发光二级管
发光二极管简称为LED。
由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管,在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光,磷化钾二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能;常简写为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区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
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。
图4-6发光二级管
结束语
一周的课程设计,使自己收获很多,加深了对书上及老师所讲知识的理解。
在本次电子课程设计的学习和研究过程中我感觉受益很深,不但让我懂得了许多理论知识,更给了我一个理论联系实际的机会,让我学到了许多书上学不到的东西。
设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练掌握。
设计电路时,将总体的功能分成若干个功能单元来实现,是简化电路设计思路的很好方法;且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法,对电路故障的检查也是很有帮助。
通过这次电子课程设计,我学到了很多东西,如查找资料,设计比较,从各种图中提取所需。
此外,这次课还让我们学到很多,也吸取了很多教训。
以前感觉考试考得高分就是学到知识了,当真正自己动手去做时才认识到自己犯了多大的错误。
在画原理图是需要用到AltiumDesigner,这有力的巩固了我们本学期刚学完的Altiu
- 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 控制电路 课程设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)