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循环彩灯控制器
一,设计任务与要求
(1)共有红、绿、黄3色彩灯各9个,要求按一定顺序和时间关系运行。
(2)动作要求:
先红灯,后绿灯,再黄灯,分别按0.5S的速度跑动一次,然后,全部红灯亮5S,再黄灯,后绿灯,各一次。
以此循环。
(3)对各组灯的控制,要求有驱动电路。
(4)对跑动电路,可以每3个一组,交叉安装,分别点亮每一组,利用视觉暂停,达到跑动的效果。
二,方案设计与论证
总设计思路
根据任务要求可以大致的画出框架图:
图1设计思路框架图
根据此框架图设了两种实现方案
方案一:
该任务要求:
根据此要求电路总体上可以分为三部分:
一部分电路为控制0.5s的跑动。
一部分电路为控制5s的跑动。
一部分电路为实现这两种跑动的循环。
因些可以选用两个555多谐振荡器(一个周期为0.5秒,一个为5秒)用来控制跑动的速度,再选两个4017芯片,因为4017芯片在正常工作下,连续送入时钟脉冲时,其十个输出端会依次输出高电平。
这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动,用一个4017芯片来点亮5s的跑动。
选用一个JK触发器和模拟开关4066芯片来实现循环功能,即用JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭。
方案二:
因为红,绿,黄三种灯各9个,共27个灯,0.5s跑动的可以分成每组三个灯,就有9组灯,这可以用9进制计数器来控制(0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000)每个数就控制一组灯(3个一组)。
5s跑动的分成三组,即红,绿,黄三组,这三组用3进制计数来控制(00,01,10),每组数控制一组灯(9个一组)。
实现交替循环。
三,单元电路设计与参数计算
现在主要是对方案一的设计
在整个电路中,其主要的组成部分有:
图2555定时器和4017芯片组成的3个一组0.5s依次跑动
图3555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s
图44066和74LS76组成的一个循环电路
设计过程中各个单元的详细原理、电路图和仿真状态如下:
第一部分电路:
实现3个一组红灯,后黄灯,再绿灯,分别依次跑动一次的电路,电路如下图:
图5555定时器和4017芯片组成的3个一组0.5s依次跑动仿真图1
图6555定时器和4017芯片组成的3个一组0.5s依次跑动仿真图2
图7555定时器和4017芯片组成的3个一组0.5s依次跑动仿真图3
此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片,4017芯片有十个输出端口,而每3个一组的灯都接一个4017的输出端口,这样可控制任务中的9组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制,555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端,从而使4017芯片的输出端(01,02,03,04,05,06,07,08,09)依次为高电平,这样就控制指灯不断的跑动!
第二部分电路:
用来实现全部9个一组红灯,再黄灯,后绿灯,各亮一次。
电路如下图:
图8555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s仿真图1
图9555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s仿真图2
图10555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s仿真3
此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片,4017芯片有十个输出端,而每9个亿组的灯都接一个4017的输出端(共接三个),这样可控制任务中的3组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制,555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端,从而使4017芯片的输出端(01,02,03)依次为高电平,这样就控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环!
第三部分电路:
用来实现两种的跑动不断循环。
电路如下图:
图11JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭
此部分电路主要是用一个4066BP芯片和一个74LS76N芯片来现实。
4066BP芯片为模拟开关芯片,它集成了四个模拟开关(在此用到两个),每个模拟开关有2个端子,一个为控制端,主要接高电平或低电平,其佘两个端子为输入输出端。
当控制接高电平时,开关接通,控制端接低电平时开关断开。
74LS76N芯片为集成JK触发器。
在此电路中触发器的J,K和清零端都接高电平。
这样每给触发器一个触发边沿其输出端就翻转一次。
Q端接4066BP的一个开关的控制端。
Q非接4066BP的另一个开关的控制端。
这样可以使4066BP用到的两个开关一个接通时而另一个就断开。
而触发器的脉冲输入端接第一部分电路中的4017的第十(09)输出端口和第二部分电路中的4017的03输出端口的或门的结果。
而4066模拟开关用到的两个开关的输入端接12V直流电源,其一个开关的输出端接第一部分电路中的555多谐振荡器电源端,别一个开关输出端接第二部分电路中的555多谐振荡器的电源端!
这样就实现了若第一部分的电路工作时第二部分电路就不工作。
而第二部分电路工作时第一部分电路就不工作。
即可实现交替循环工作!
四.总原理图及元器件清单
1.总原理图
图12循环彩灯原理图
2.电路完整工作过程
电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不断的给控制着9组灯(3个一组)的4017芯片送去脉冲,从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。
接到高电平的组灯就会发光。
这样就实现先红灯,后黄灯,再绿灯,分别依次0.5s跑动。
当最后的绿灯亮完后,即第一部分的单元电路中的4017的第十个输出端(09)输出高电平时,这就给74LS76触发器送去一个脉冲,于是触发器的Q端就翻转输出低电平使4066模拟开关的一个开关变为断开,从而使第一部分的电路处于不工作状态。
而触发器的Q非端同时了输出一个高电平使4066的另一个开关导通,这时第二部分的电路开始运行。
这样就使全部红灯,再黄灯,后绿灯,各亮一次。
而当绿灯全部亮完后,这时第二部分的4017的第四个输出端(03)输出高电平,也给触发器送去一个脉冲。
于Q端和Q非端翻转。
这样第二部分的4066的模拟开关断开,控制第二部分的模拟开关断开使第二部分的电路不工作。
,而控制着第一部分的4066模拟开关导通,使第一部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。
如此实现了3个一组先红灯,后黄灯,再绿灯0.5s依次跑动,让后再9个一组,先红灯,后黄灯,再绿灯持续亮5s.如此循环下去。
3.元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
4017BP
5V
2
U2
4066BP
1
模拟开关
U4A
74S3N
10
或门
U5
74LS76N
JK触发器
U7A
7416N
反相器
X1-X27
2.5V
27
指示灯
555_virtualtimer
555多谐振荡器
五.安装与调试
1、按照电路图进行接线,按照单元电路设计中的方法连接好每一块电路,然后把每一块接在一起。
对每单元电路进行调试,在对每部分电路进行调试时仿真状态跟设计和预想的一样,没什么大问题。
2、把各单元电路接在一起调试时,3个一组隔0.5s跑动亮的正常,不过9个一组的持续5s的出现错误,就是0.5s和5s的两个功能电路都一起工作,达不到要设计的要求。
3、把0.5s跑动单元电路中的4017芯片的第十个输出端口和持续亮5s的单元电路中的4017芯片的第四个输出端口用一个或门连起来后就能正常工作了。
不过,持续亮5s的功能中,亮黄跟绿灯时会有三个红灯也一起亮的(问题解决不了)。
不过总体的功能跟效果还是达到要求。
六.结论与心得
通过此次的课程设计,我对电路的设计流程有了一定的了解,对仿真软件也有一定的认识。
总的来说,本次的课程设计进行的还算顺利,不过对于结果有点不怎么满意,就是持续亮5S的功能有点不完善,但总的结果还算达到了设计要求。
本次所用的芯片大部分都是基础的,不过有个别的不怎么了解,不过通过此次课程设计,我对这些未曾接触过的芯片都有一定的认识,对其功能也有一定的了解。
比如4066,4017。
这次的课程设计是我更加熟悉芯片的功能跟用法,让我更好的运用逻辑门,使我所学的知识得到巩固,并且这次的设计培养了我的独立思考的能力和操作的能力。
七、参考文献
1.康华光.电子技术基础(数字部分)【M】.高等教育出版社.
2.邓勇、周铎、邓斌.数字电路设计完全手册【M】.国防工业出版社.
3.阮祁忠、蔡声镇.数字电路指南【M】.福建科学技术出版社.
4.阎石.数字电子技术【M】.高等教育出版社.
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