双色三循环方式彩灯控制器Word格式.docx
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课程设计地点:
指导教师:
系主任:
下达任务书日期:
2010年01月04日
课程设计任务书
1.设计目的:
1)综合运用所学的理论知识,掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤;
2)培养一定的独立分析问题、解决问题的能力;
3)实践利用EDA软件绘制电子线路原理图,电路图;
4)学会说明书的规范整理和书写。
2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
1、用中小规模集成电路设计一台彩灯控制器。
用计数器和译码器设制作一个双色三循环方式彩灯控制器。
2、控制器有8路输出,每路用双色发光二极管指示。
3、控制器有3重循环方式:
方式A:
单绿左移---单绿右移---单红左移---单红右移;
方式B:
单绿左移---全熄延时伴声音;
方式C:
单红右依---四灯红闪,四灯绿闪延时。
4、由单刀掷开关控制3种方式,每种方式用单色发光二极管指示。
5、.两灯点亮时间约在~间可调,延时时间约在1~6S间可调。
6、要求用10V电源设计。
3.设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕:
1)课程设计说明书一份;
2)电子文档一份
4.主要参考文献:
1毕满清主编.电子技术实验与课程设计.第3版.北京:
机械工业出版社,2005
2陈晓文主编.电子线路课程设计.第1版.北京:
电子工业出版社,2004
5.设计成果形式及要求:
1)用EDA软件绘制电子线路原理图,电路图;
2)课程说明书用计算机打印,并装订;
6.工作计划及进度:
2008年
12月25日~12月30日:
查资料;
12月31日~1月3日:
在指导教师指导下设计方案;
1月4日~1月10日:
在指导教师辅导下完成实验;
撰写课程设计说明书;
1月11日:
答辩
系主任审查意见:
签字:
年月日
1引言……………………………………………………………………………………………7
2课题构思………………………………………………………………………………………7
3方案设计………………………………………………………………………………………7
基本原理…………………………………………………………………………………8
计数器和译码器…………………………………………………………………………8
4单元设计……………………………………………………………………………8
LED显示电路…………………………………………………………………8
振荡器………………………………………………………………………9
触发器…………………………………………………………………………10
延时电路………………………………………………………………………11
5系统完整电路及其原理说明………………………………………………………………12
控制器的电路及PCB图……………………………………………………………12
工作原理……………………………………………………………………15
6仿真分析及结果…………………………………………………………………15
控制器(方式A)的仿真原理……………………………………………15
仿真结果………………………………………………………………………16
7调试过程…………………………………………………………………………16
8心得体会…………………………………………………………………………17
9参考文献…………………………………………………………………………18
10附录………………………………………………………………………………18
一摘要
循环彩灯的电路很多,循环方式更是五花八门,而且有专门的可编程彩灯集成电路。
绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的,例如,用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器,译码器,分配器和移位寄存器等集成。
本次设计的双色循环彩灯控制器就是用计数器和译码器来实现,其特点用双色发光二极管,能发红色和绿色两色光。
关键词:
计数器,译码器,集成,双色二极管
Abstract
Circulatetheelectriccircuitofthecolourfullightalotof,circulatethewayismoremultifarious,andhasspecializedprogrammablecolourfullightintegratedcolourfullightcontrolelectriccircuitsofthegreatmajorityallcarryoutwiththenumericalelectriccircuitof,forexample,thecolourfullightcontrolelectriccircuitthatusesamediumscaleintegratedcircuitrealizationmainlyusestocountamachine,translatingthecodemachine,assigningamachineandmovingtodepositamachineetc.doublecolorof[with]thisdesign'
scirculatingcolourfullightcontrolleristousetocountamachineandtranslatethecodemachinetocarryout,itscharacteristicsgivesoutlightdiodewithapairofcolors,canflushthecolorandgreenanddichromaticlight.
Keywords:
countamachine,translatingthecodemachine,integration,lightdiodewithapairofcolors
1、引言
2、课题构思
单红右移---四灯红闪,四灯绿闪延时。
3、方案设计
近年来,由于中,大规模集成电路的迅速发展,使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。
在设计中更多的使用中。
大规模集成电路,不仅可以减少电路组件的数目,使电路简捷,而且能提高电路的可靠性,降低成本。
因此,双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下:
1,根据总的功能和技术要求,把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统,单元的数目不宜太多,每个单元也不能太复杂,以方便检修。
2,每个单元电路由标准集成电路来组成,选择合适的集成电路及器件构成单元电路。
3,考虑各个单元电路间的连接,所有单元电路在时序上应协调一致,满足工作需求,相互间电气特性应匹配,保证电路能正常,协调工作。
3.1基本原理
设计任务中所要求的3种循环方式并不复杂,用中小规模集成电路就能实现。
本控制应由方式选择,振荡器,控制电路,延时电路,蜂鸣器等组成,其框图如图1所示:
图1双色三循环方式彩灯控制器框图
3.2计数器和译码器
本控制器的核心器件为计数器和译码器,分别采用CMOS中规模集成电路CC4516和CC4514。
CC4516为16脚双列直插的中规模集成可预置数的4位二制加/减计数器(单时钟),其引脚如图2所示。
CC4516有5中功能:
置数,清零,不计数,加计数,减计数,具体功能如表1所示。
CC4514是4为锁存/4线—16线译码器,其输出为高电平有效。
CC4514具有数据锁存,译码和禁止输出3种功能。
数据锁存功能由EL端施加电平实现,EL=0时,O0~O15保持EL置“0”前的电平;
禁止端)E为高电平时,O0~O15全为低电平;
因此,CC4514作为译码器使用时,EL应接高电平,E应接低电平,CC4514的外引脚如图3所示。
图2CC4514引脚图
表1CC4516功能表
CP
CE
UP/DN
PL
MR
功能
×
1
置数,既把数P3P2P1P0送O3O2O1O0中
清零,即O3O2O1O0全为零
不计数,即O3O2O1O0保持不变
加数器
减数器
4、单元设计
4.1LED显示电路
LED显示电路如图3所示。
O15O14O13O12O11O10O9O8
O0O1O2O3O4O5O6O7
图3LED显示电路
O0)~O15为译码器的输出。
4514共有16个输出,而双色发光二极管只有8个,因此每两个输出接同一个发光二极管,接法如图3所示。
发光二极管为双色三极发光二极管,其限流电阻有3种连接方法(16个限流电阻,8个限流电阻,1个限流电阻),本控制器采用8个限流电阻的方法。
发光二极管的极限电流一般为20~30mA,发光二极管的压降约为2V,通过发光二极管的电流可取为10~15mA,以保证发光二极管有足够的亮度,而且这样又不易损坏发光二极管。
4.2振荡器
振荡器有多种振荡器电路,图4所示的振荡器比较简单常用,其中(a)图为CMOS非门构成的振荡器,(b)图为555构成的振荡器。
CMOS非门构成的振荡器的振荡周期T=,555构成的振荡器的振荡周期T=(R1+2R2)C。
图4振荡器
4.3触发器
循环方式A的设计思路如下:
PL=1UP/DN=1UP/DN=0UP/DN=1
起始计数(置“1000”)加数器O15时计数器O0时计数器
本循环彩灯控制器方式A的设计难点就是控制电路(循环功能能否实现在于控制电路是否起作用)。
要实现循环功能,计数器既要加法计数,也要减法计数,即加法计数到O15时变为减法计数,减法计数到O0再变为加法计数,这可用触发器控制计数器的UP/DN端来实现。
图5所示为由D触发器构成的二分频电路,O15和O0作为时钟信号,一个时钟触发器的状态翻转一次。
图6(b)是利用D触发器的直接置“1”端和直接置“0”端来实现触发器的状态转换。
图5(c)和(d)是由门电路组成的基本RS触发器,图5(c)RS输入为高电平有效,因此O15和O0可直接作为S与R的输入。
图5(d)输入为低电平有效,O15,O0反向后作为触发器输入。
除以上几种电路外,也可以直接用RS触发器或JK触发器来实现。
经实践,图5所示的几种电路都能达到控制的作用。
(a)(b)
(c)(d)
图5触发器控制电路
4.4延时电路
循环方式B的设计思路如下:
PL=1UP/DN=1E=1
置1000加计数器O15时延时
延时电路可采用单稳态电路,O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号。
根据功能要求。
可采用微分型单稳态电路,555构成的单稳态电路及分立元器件构成的单稳态电路,而下降沿触发的与非构成的微分型单稳态电路和555构成的单稳态电路较为理想。
图6为与非构成的微分型单稳态电路,其中Cd,Rd为微分电路,当ui为窄脉冲触发时,Cd和Rd可省略。
O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号,因此O15要经微分和限幅后再触发单稳态电路。
延时时间有RC决定。
555构成的单稳态电路如图7所示,C1R1和VD起微分限幅作用。
因此本电路要求低电平触发,没有触发的时候555的第2脚要为低电平,所以要接R2,对于R1和R2的阻值比要求比较严格,要保证没有触发的时候第2脚电压大于1/3VDD,触发的时候电压小于1/3VDD。
延时时间由RP和C2决定。
图6微分型单稳态电路图7555构成的单稳态电路
在循环方式C中,要实现单红右移,计数器应从“0000”开始递增,因此应先清零再加法计数。
根据计数器和译码器本身无法使输出实现四灯红闪,四灯绿闪,因此,可通过延时电路给8个双色发光二极管加上振荡信号来解决。
方式C的循环过程可表示为:
MR=1UP/DN=1E=1
消零加计数器O7时延时
在设计时要注意,要求是在同一个电路中通过方式选择来实现3种循环功能,而不是设计3个电路。
3种循环方式要互相隔离,如按方式A工作时则不能有方式B现象出现,因此可采用双向模拟开关CC4066进行隔离。
5、系统完整电路及其原理说明
5.1控制器的电路图及PCB图:
如图8所示
图8控制器电路及PCB图
5.2工作原理
选择方式A,指示LED8灯亮,VD19导通,开关刚接通瞬间C4短路,IC2的PL=1,IC2计数器置数“1000”,电源接通瞬间,C2短路,触发器直接置零R=1,即IC2的UP/DN=1,j计数器从“1000”开始计数,C2充电结束后,触发器R=0,不起作用。
当计数器到”1111”,O15=1,VD2导通,同时IC4A倒通,触发器翻转,UP/DN=0,计数器递减计数。
选择方式B,指示灯LED9亮,VD20导通,开光刚接通瞬间,C4短路,PL=1,IC2计数器置数“1000”,电源接通顺间,C2短路,触发器R=1,触发器直接置零,UP/DN=1,计数器从”1000”开始计数,IC4A断开,D触发器输出不变,UP/DN一直为一,计数器始终递增计数。
当计数到“1111”时,O15=1,IC8B导通,当O15从高电平变为低电平时,触发单稳态电路,IC6输出变为高电平,E=1,灯全部熄灭,IC8C导通,CT1导通,蜂鸣器响。
延迟时IC4C导通,PL=1,计数器始终在置数“1000”,延迟结束时,E=0,计数又从“1000”开始计数。
选择方式C,指示灯LED10亮,开关刚接通瞬间,C3短路,MR=1,IC2计数器清零,电源接通瞬间,C2短路,触发器R=1,触发器直接置零,UP/DN=1,计数器从“0000”开始计数,当计数器到“0111”时,O7=1,因IC8A导通,当O7从高电平变到低电平时,触发单稳态电路,IC6输出为高电平,E=1,IC3的O0~O15输出全为低电平,IC4B导通,延迟时计数器清零,IC7与非门输出脉冲信号,VT2发射级输出脉冲信号送到双色发光二级管,使8盏灯四灯红闪四灯绿闪。
延迟结束,计数器又从“0000”开始计数
6、仿真分析及结果
对于本控制器的三种循环方式,只选择A进行仿真。
6.1控制器(方式A)的仿真原理
从元器件库中调出各种电阻、电容、集成块.发光二级管等元器件,元器件调出后,对元器件的位置进行调整,使布局比较合理。
循
将电位器的操作键由空格键改为a键,按a键或A键可改变电位器的阻值。
X2为电平指示灯,高电平示指示灯亮,低电平示指示灯不亮。
灯泡X1采用虚拟灯泡,双击灯泡使其工作电压设置为220V。
继电器K1采用常开触点的继电器,注意继电器的脚号连接要正确。
双击交流电源U2,将交流电的工作电压设置为220V,工作频率设置为50HZ。
XSC1为示波器图标。
在画原理图时要注意,由于CMOS集成电路的输入端不允许悬空,因此应工具逻辑要求将不用的输入端接高电平或低电平,如4013的CP1,D1不用,应接地,4516的MR,CE接地,4514的数据锁存端EL接电源,禁止端E接地。
6.2仿真结果
检查电路图无误后,可接通电源以模拟循环过程。
由于电源接通瞬间,电容C2,C3相当与短路,使D触发器直接置零端由效,CC4516的置数端PL有效,CC4516置数“1000”,使发光二级管从LED8开始电亮并往上移。
但EWB不能模拟电源接通瞬间电容相当于短路这一过程,因此,电源接通后,发光二级管不一定从LED8开始点亮,计数器可能递增计数也有可能递减计数,但这种现象只会影响第一个周期,对循环过程没有没有影响。
只要绿LED15亮,就会使D触发器置1,从而使计数器递降计数,发光二极管灯亮顺序为,LED15一LED14一…一LED8一…一LED1一LED0的规律变化,此时指示灯X2不亮。
只要红色灯LED0亮,就会示D触发器置零,从而计数器递增计数,发光二级管灯亮按LED0一LED1一….一LED7一LED8一…LED14一LED15规律变化,此时指示灯X2点亮。
当LED15亮示,三极管VT导通,继电器K1吸合,灯X1亮。
说明8只双色发光二级管可以用16只彩灯代替。
按a键或A键,可以改变电位器的百分值,观察灯移动的速度。
百分比值增大时,灯移动的速度应加快。
取不同的百分值,用示波器测量振荡器的周期,将结果填入表3中。
示波器的扫描时间的设置以示波器的屏幕上显示2到3个周期波形为宜。
通过电流表显示通过发光二级管的电流,改变限流电阻的阻值,观察发光二级管时毫安表数值的变化。
将IC1的第4脚复位端接地,用示波器观察555的第三脚输出,此时振荡器没有振荡信号产生,LED0到LED15中某个灯亮。
将IC1的第四脚复位端接VDD,将4514的第一脚接地,观察发光二级管灯亮的现象,此时LED0到LED15中某个灯亮。
若将4514的第23脚禁止端E非接VDD,此时LED0到LED15全部不亮。
7、调式过程
搭完毕后检查是否有多线,少线错线,元器件的位置。
极性是否正确,检查正确后再通电调试。
三脚双色发光二级管中间的最长脚为公负极,第二长脚为红色正极,最短的脚为绿色正极。
通电调试主要从以下几个方面进行:
1).检查振荡器是否振荡。
如果双色发光二级管灯亮并且左右移动,说明振荡器工作;
如果双色发光二级管只有固定的一盏灯亮,则应检查振荡器是否振荡。
用示波器检查振荡器的输出,或用指针式万用表直流电压挡测量振荡器输出。
如果示波器能检查出振荡波形,或万用表指针左右摇摆,则说明振荡器已经工作。
2).观察计数器能否计数,若不能计数,检查C4是否接错或已经损坏,若置数得的时间太久(LED7绿灯两地太久),则应减少C4的容量或R19的阻值。
接循环方式C,检查计数器能否置零,若不能,检查C3,R5等元器件。
3).接循环方式A,检查D触发器在一循环周期内能否翻转两次,若不能翻转,则应现检测D触发器是否已经损坏,再检查VD1、VD2、R2、R3、IC4A等元器件。
4).接循环方式B,用万用表测量IC6的输出电压,检查挡计数器计数到“1111”,时,单稳态电路的输出是否从的电平变为高电平。
如果单稳态电路的输出一直时低电平,则应测量IC6的第二脚时候一直为高电平而没有低电平触发信号,然后再检查周围相关的元器件。
如果单稳态输出始终为高电平,可能是IC6的第二脚电压一直是低电平所导致,说明R20与R21的组织法选择不当。
5).接循环方式C,检查能否四灯红闪,四灯绿闪。
检查IC4C,IC7,VT2等元器件。
8、心得体会
在课程设计的过程中,较多的时间是用来查阅资料,因为还是第一次做电子课程设计,图书馆的资料很有限,所以一般通过网上查阅,在此查阅期间,我学会了怎样使用超星阅读器和PDF阅读器。
在调试过程中,故障是不可避免的,或者正如老师所说没有故障反而还不正常。
产生故障的原因很多,情况也很复杂,有的是一种原因引起的简单故障,有的上多种原因相互作用引起的复杂故障,因此需要掌握故障的一般诊断方法,故障诊断过程就是以故障现象出发,通过反复测试,做出分析判断,逐步找出故障的过程。
对于一个复杂的系统来说,要在大量的元器件和线路中迅速,准确地找出故障是见很不容易的事。
要通过对原理图的分析,把系统分成不同功能的电路模块,通过逐一测量找出故障模块,然后再对故障模块内部加以测量找出故障,查找故障,分析故障和排除故障,这样可以提高我分析问题和解决问题的能力,因此,我把他看成是一次好的学习机会。
通过电子线路课程设计,我了解了电子产品设计的一般过程,掌握电子线路设计的基础方法和一般过程,能用仿真软件对电子线路进行仿真设计,能用Portel等软件绘制PCB图,掌握了电子电路调试的方法,能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题,能正确选用元器件与材料,能对所设计电路的指标和性能进行测试并提出改进意见,能查阅各种有关手册和正确编写设计报告。
由于这次的课程设计是一个人单独作一个课题,所以我是采用以自学为主的学习方法。
在学完《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》课程之后,我已经具有了一定的理论基础,实践技能和自学能力。
在复习和课程设计任务有关的单元电路,理清头绪,按照电子电路的一般设计步骤进行设计。
虽然一个人做有点困难,途中不知碰到了多少难题,由于是我自己解决的,所以在解决这些实际难题中得到了很大的提高。
参考文献
3电子线路设计实验测试(第二版)/谢自美武汉:
华中理工大学出版社,
4第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001)/全国大学生电子设计竞赛组委会编.北京:
北京理工大学出版社,
5通信电路沈伟慈编著西安电子科技大学出版社
6陈晓文主编.电子线路课程设计.北京:
7李银华主编.电子线路设计指导.北京:
北京航空大学出版社,2005
附录:
图10CC4516引脚图
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