循环彩灯设计报告.docx
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循环彩灯设计报告
电子技术课程设计报告
循环彩灯的设计
学院:
机械与电子工程学院
年级专业:
学号:
**********
姓名:
**********************
完成时间:
2013.01.13
成绩:
中国陕西杨凌
摘要
随着现代生活水平不断提高,日常生活、节日娱乐及科研中的循环彩灯设计及装饰扮演越来越重要的角色。
为实现多路彩灯的循环多花样显示,本次设计以+5V电源供能,采用555定时器组合构成多谐振荡电路提供脉冲信号,由74LS161集成块进行数据选择,三块74LS138集成块依次输出低电平,对小灯进行选择开关控制亮灭。
利用D触发器实现74LS138集成块的单独工作。
本设计实现了8路彩灯依次亮、奇数灯亮及偶数灯亮三种循环显示方式,且通过改变555定时器中的电阻阻值可实现循环彩灯的频率可调。
设计电路在Protues中成功运行,且效果良好,证明本次循环彩灯电路设计是可行的,有效的。
关键词:
循环彩灯;555定时器;74LS161数据选择器;74LS138
1设计任务
1.1设计目的和意义
为了提高运用所学数电模电的理论知识、分析问题、解决问题的能力,掌握电子电路的设计方法,熟悉电路在Protues中的组装、运行、调试的方法,使得理论与实践相结合,提高处理实际问题的能力以及动手能力,设计频率可调的多路循环彩灯电路,实现多路彩灯的多方式显示,满足日常生活及节日娱乐的装饰。
1.2电路要求
(1)设计可调预制序列发生器,用于控制彩灯的循环显示;
(2)循环频率可调。
2系统设计
2.1总体方案设计
根据设计要求,提出两种方案如图1、图2所示:
图1总体设计方案一
图2总体设计方案二
2.2方案论证与对比
两种方案均采用555定时器组成多谐振荡电路提供震荡脉冲,但方案一利用计数器产生的脉冲控制彩灯的循环显示,此方案只能实现LED灯的依次循环显示;与此相比,方案二利用计数器产生的脉冲控制译码器,利用多块译码器可实现LED灯的多种方式循环显示,增添效果显示。
综上所述,本次设计采用方案二。
2.3具体电路设计
2.3.1振荡电路设计
主要用来产生时间基准信号(脉冲信号)。
因为循环彩灯对频率的要求不高,只要能产生高低电平就可以了,且脉冲信号的频率可调,所以采用555定时器组成的振荡器,其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。
由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器,脚2与脚6直接相连。
电路没有稳态,仅存在两个暂稳态,电路亦不需要外接触发信号,利用电源通过R1、R2向C充电,以及C通过R2向放电端
放电,使电路产生振荡。
电容C在
和
之间充电和放电,从而在输出端得到一系列的矩形波。
输出信号的时间参数是:
T=
=0.7(R1+R2)C
=0.7R2C
其中,
为VC由
上升到
所需的时间,
为电容C放电所需的时间。
R1=R2=10K,C=47uF,T=1S
如下图所示为在Protues里仿真时的实际连接电路。
其中端口3为输出端,使用的时候只要将端口3接到CLK端即可。
图3震荡电路设计
2.3.2计数器、译码器设计
图474LS161的管脚图
管脚图介绍:
时钟CP和四个数据输入端P0~P3
清零/MR
使能CEP,CET
置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)
图574LS161时序波形图
表174LS161功能表
输 入
输 出
CR
CP
LD
EP
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
0
0
0
0
1
↑
0
Ф
Ф
d
c
b
a
d
c
b
a
1
↑
1
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
Ф
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
1
1
Ф
Ф
Ф
Ф
状态码加1
从74LS161功能表功能表中可以知道,当清零端CR=“0”,计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”,这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时,在CP信号上升沿作用后,74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3,D2,D1,D0的状态一样,为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后,计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO,其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能,一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
由此可见,当74LS161有连续脉冲输入时,其对应的输出端依次变为高电平状态,故可直接用作顺序脉冲发生器。
2.3.3显示电路设计
主要由发光二极管和74LS138芯片组成。
当74LS138的输出端依次输出低电平时,驱动发光二极管也依次点亮,产生一种流动变化的效果。
发光二极管要求驱动电压小一点,一般在1.66v左右,电流在5mA左右。
彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。
R、C构成微分电路,用于上电复位。
74LS138引脚图:
图674LS138引脚图
表23线-8线译码器74LS138的功能表
显示电路设计在Protues连接图如下图所示:
图7显示电路连接图
2.4系统总体电路
图8系统总体电路图
2.5系统所用元器件
本系统所用的元器件清单如表3所示。
表3本系统所用的元器件
元器件名称
数量
LED灯
8
或非门74LS02
1
与门74LS15
8
D触发器74LS74
3
计数器74LS161
1
译码器74LS138
3
555定时器
1
电阻10k
电容47uf
电容0.01uf
2
1
1
电源VCC
2
导线
若干
3系统调试与仿真
3.1多谐振荡电路的调试
多谐振荡电路在Protues中运行结果所示:
图9震荡电路仿真结果
分析:
根据上图分析结果,与预期结果一致,故设计正确。
3.2彩灯循环显示功能的调试
循环彩灯在Protues中运行结果如图8系统总体电路图所示,此时为第一个红灯亮。
彩灯可实现依次点亮、奇数灯点亮、偶数灯点亮等三种循环显示方式。
改变555定时器的电阻阻值可调节灯的点亮频率,分析可知,仿真结果与预期结果一致,故设计正确。
4总结
4.1本系统的优缺点
该设计电路利用555计时器组成多谐振荡电路提供震荡脉冲,利用74LS161计数器实现脉冲的记录,利用74LS138实现8路彩灯的依次点亮、奇数灯点亮、偶数灯点亮等三种方式的循环显示,且LED灯呈心形摆放,增加了显示效果。
但该设计电路在开关打开后需等待74LS161运行一次循环后彩灯才开始点亮,有一定的等待时间;且该电路采用1片74LS161,无法实现脉冲分频,导致彩灯依次循环亮的频率是奇偶灯亮频率的2倍,对显示效果有一定影响,有待进一步改进。
总体来说,该电路设计是有效的,成功的。
4.2心得体会
这次电子基础课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识,利用相关典型电路及芯片设计实现相应功能的电路,并在Protues中仿真调试。
我以循环彩灯设计为题目,首先经过老师的相关培训再次温习了数模电的相关理论,在老师的悉心指导下逐步学习掌握Protues的使用,经过为期两周的实习,我利用555定时器、74LS161,、74LS138等芯片成功设计出循环彩灯,可实现依次循环亮、奇数灯亮、偶数灯亮等三种循环显示方式,取得了良好的显示效果。
在设计过程中,我学会很多,主要体现在以下几点:
1、理论知识的重要性
刚拿到题目时,我脑子里一片空白,不知该如何下手。
后来,经过几位老师的相关培训,再次温习了数模电的相关理论知识,我逐渐有了头绪。
脉冲可由555定时器组成多谐震荡电路产生震荡脉冲,利用74LS161可实现数据选择,利用脉冲信号;利用74LS138输出低电平,控制彩灯的亮灭……还有相关芯片的功能表,可以说功能表是芯片的说明书,看不懂真值表就无法使用芯片,通过再次学习数电知识,我掌握了根据真值表正确利用芯片。
可以说,没有理论积淀真是寸步难行。
2、合作的重要性
“星多天空亮,人多智慧广”,同一个题目,不同的人可能有不同的思路,有不同的方案。
刚开始我设计的彩灯只是实现依次循环亮,后来经过与同学的交流,我不断改进,最终实现了三种循环方式,且对电路进行了优化。
还有就是在进行Protues仿真过程中,由于对该软件不熟悉,找元器件比较麻烦,但因为每人设计的题目不一样,应用的元器件却可相互借鉴,通过相互交流就很快地掌握了快速查找元器件及连线的技巧,很好地完成了调试运行工作。
3、指导老师的重要性
在设计过程中,碰到很多拦路虎,有时闷想半天也无头绪,有时运行出错却找不出问题,后来寻求指导老师帮助,老师很快地找出问题,耐心解决疑问,并给出更优的方案或思路,使电路设计得以顺利完成。
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术基础(第五版).北京:
高等教育出版社,2006.
[2]梁宗善编电子技术基础课程设计湖北:
华中科技大学,2009
[3]任为民编电子技术基础课程设计北京:
中央广播电视大学出版社,1997
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