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四花样彩灯设计论文
郑州科技学院
《数字电子技术》课程设计
题目_四花样彩灯控制器_
学生姓名叶玉凤
专业班级11级电科2班
学号201131035
院(系)电气工程学院
指导教师闫有运
完成时间2013年12月7日
四花样彩灯控制器
前言
随着科学技术的不断发展,对大学生动手能力的要求也越来越高。
现在的大学教育强调的不仅仅是将理论知识学会,更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中。
课程设计是理论与实践相结合的环节,是真正锻炼学生实践能力的环节。
人们生活环境的不断改善和丰富的今天,在许多场合可以看到彩色霓虹灯。
LED彩灯由于其丰富的灯光色彩低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用,采用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。
应运而生的二维彩灯控制器可控制五路彩灯逐行递增点亮再逐行递减熄灭。
若将一定数量的彩色灯组合联接就能营造出平面上色彩变化的场景,这样就使原本美丽的夜色更是锦上添花。
本课题研究的是四花样彩灯控制器,主要应用数电课程知识将不同功能的芯片通过一定的连接方式,使之输出不同脉冲,进而控制彩灯的明暗。
目录
1设计目的及要求1
1.1基本要求1
2系统的组成框图1
2.1各模块的组成及功能分析2
3设计原理及芯片功能2
3.1设计原理2
3.274ls74引脚代码和功能3
3.374ls93的工作原理4
3.374ls153的工作原理5
4安装调试6
4.1电路板安装及检查6
4.2试中出现的故障、原因及排除方法6
5实验小结7
参考文献9
附录一:
电路原理图10
附录二:
元器件清单11
1设计目的及要求
1掌握数字电路课程所学的理论知识,
2熟悉几种常用的集成数字芯片,懂得其工作原理,学会使用其进行电路设计。
3培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
1.1基本要求
在电子技术试验教学中设计了一种四花样自动切换的彩灯控制器。
其电路简单、易取材、无需调试。
即使不懂电子技术,只需要按照电路图连接即可,已能制作成功。
四种花样为:
花样一,彩灯一亮一灭,从左向右移动;
花样二,彩灯两亮两灭,从左向右移动;
花样三,彩灯四亮四灭,从左向右移动;
花样四,彩灯1到8从左到右逐次点亮。
2系统的组成框图
上框图是把四花样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。
系统可由个模块组成,它们分别是:
四种码数电路、开关电路、数据输出、时钟电路。
2.1各模块的组成及功能分析
1.自动转换控制电路:
由双D触发器74LS74和四选一数据选择器74LS153组成,双D的两输出端接数据选择器的地址输入端,它能产生两位循环二进制码,每改变一种状态,数据选择器选择一种码输出,使彩灯花样自动循环。
2.数据输出电路:
由八位移位寄存器74LS164和八个彩灯组成,选择输出的每一种码输入到寄存器的数据输入端,使码在寄存器的八个输出端自左向右移动,实现彩灯的花样。
3.时钟电路:
由两个555和电阻电容组成,构成两个多谐振荡器,一个周期为0.721秒,控制计数器和寄存器,另一个周期为14.01秒,控制双D触发器。
3设计原理及芯片功能
3.1设计原理
该电路的设计原理主要由555震荡电路产生两种不同的矩形脉冲,一个控制74ls74计数器和八位寄存器74ls164,另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换,在经74ls93分频后得到四路分频信号,由74ls74、74ls153组成的先通电路来控制彩灯亮灭的顺序,寄存器的数据输入端接受开关电路输出的四种码,这四种码在移位寄存器的八位并行输出端按顺序移动,从而实现彩灯的一种点亮。
当输入另外几种码时,寄存器的移动原理则又是不同的。
3.274ls74引脚代码和功能
74ls74集成块是一个双D触发器,每个触发器有数据输入、置位输入、时钟输入、和数据输出。
其功能比较多,可用作寄存器、移位寄存器、振荡器、单稳态分频计数器等功能。
图3-1
下面是芯片各引脚功能
脚号
引脚代码
引脚功能
参数:
R+/R
备注
1
CLRI
复位信号
9.10/4.38
1该集成块为14封装2电源+5.00V3复位1脚、13脚4主要用途:
双DC触发器
2
DI
触发信号
∞/4.71
3
CKI
时钟信号
9.10/4.91
4
PRI
控制
∞/4.68
5
QI
同相位输出
3.71/3.00
6
~Q
反相位输出
∞/6.28
7
GND
地
0/0
8
~2
反相位输出
∞/6.28
9
Q2
同相位输出
3.71/3.00
10
PR2
控制
0.21/0.21
11
CLK2
时钟信号
∞/4.20
12
D2
触发信号
0.33/0.33
13
CLR2
复位信号
9.10/4.38
14
VCC
电源
0.21/0.21
3.374ls93的工作原理
74ls93属于一类计数器IC。
它一般在电子时钟领域应用比较广泛。
在电子时钟中,74ls93计数器一般和数码管显示芯片共同构成,时钟信号是由时钟模块产生,74ls93输出经过数码管显示芯片被译码输出到数码显示屏:
由于74ls93为16进制计数器,这时所使用的数码管显示芯片可选用一种10进制显示管,即最终显示的正确数码为0-9,而数码10-15则被默认为乱码。
图3-2
3.374ls153的工作原理
74ls153是常用的双四选一数据选择器/多路选择器,在各种数字电路和单机系统的显示系统中经常应用到。
74ls153里面有两个地址码公用的4选1数据选择器。
通过不同的地址码A、B,可以控制输出Y选择4个输入数据D0-D3中的一个,4选1数据选择器。
图3-3
4安装调试
4.1电路板安装及检查
将原件插在电路板上,按电路图进行连线,并用电烙铁进行焊接。
注意事项:
电路比较复杂,需要接线很多,焊点也很多,且焊点集中,焊接时一定注意不要将不该焊到一起的点焊一起了。
1、注意芯片的用法,特别是管脚的正确连接。
2、注意不要忘了将芯片的Ucc端和GND端接到电路上。
3、注意LED的正负极。
4、正确运用PCB板的特性,连通的地方可省去布线,Ucc和GND分别利用PCB板上下的连线依次检查电路板的连线,看有没有焊错、虚焊或短路的地方,检查各芯片的电源和地是否接上,并调整过来。
检查无误后进行调试
4.2试中出现的故障、原因及排除方法
(1)彩灯只有一种花样变化,没有其它的花样:
原因可能是双D触发器74LS74不能产生周期性的两位二进制码或是555不能产生触发双D触发器的CP脉冲,使双D触发器维持在一种状态。
可换一片好的74LS74芯片或检查555CP脉冲产生电路,看是否产生周期性的CP脉冲,使双D触发器产生四种循环的状态,彩灯就能四花样变化。
(2)彩灯无规律变化:
原因可能是四种码的产生电路不能产生符合要求的四种码,检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定,看74LS161是否能计数,即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低电平变化,前面没问题,再检查与门74LS08和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。
(3)彩灯的四种花样都有,但中间有一些混乱的状态:
原因可能是数据选择器输出的两种码之间的间隔大于彩灯每一种状态持续的时间,使彩灯的一种花样完成后并没有进入另一种状态,当进入另一种状态时上一种状态的多余码进入下一个状态,故出现了混乱的状态。
可改变双D触发器的CP脉冲,即改变多谐振荡器的电阻,使得一种花样完成后,数据选择器地址输入端状态改变,正好选择另一组码输出,彩灯花样改变。
5实验小结
实际的动手操作让我再次深刻的理解了理论与实际操作的差别,再好的理论如果没有实际操作也只不过是纸上谈兵。
通过这次课程设计,锻炼了我们实验操作与动手能力,同时也检验了我们以前所学的知识理论是否扎实。
这次课程设计,虽
然时间短暂,课程设计难度不大,但这一过程不仅提高了我们个人的动手能力,更增强了我们团队意识,相互配合,动手实践,顺利完成课程设计。
的确,收益匪浅!
这次课程设计,最大的感触就是做任何事情都要细心,稍微焊错一个小器件电路就报废。
做产品开始的第一件事就是清查元件并把元件分类好。
同时,还要考虑合理配置元件,感谢老师的悉心指导,有我们组员的共同努力,才有最后项目的顺利地完成,在这一周时间里,我们提高了我们个人的动手能力,让我们在独立思考解决问题。
同时也培养了我们团队精神,在这个分工越来越细的社会,分工合作成了社会的主流,而这次与组员合作正好给了我们这样的机会,以致顺利完成课程设计。
参考文献
[1]康华光.数字电子技术.高等教育出版社,2002
[2]雷勇.电工电子技术实验.成都:
四川大学出版社,2002
[3]王毓银.数字电路逻辑设.北京:
高等教育出版社,2006
[4]陈先龙.电子技术基础实验.北京:
国防工业出版社,2006
[5]宋万年.模拟数字电路实验.上海:
复旦大学出版社,2004
[6]温飞兵.电子技术实践教程.湖南:
长沙国防科技大学,2003
[7]何小艇.电子系统设计.杭州:
浙江大学出版社,2001
附录一:
电路原理图
附录二:
原件清单
序号
名称
型号规格
数量
1
万用电路板
1
2
电源
5-10v
1
3
滑动变阻器
2
4
有极性电容
0.1uf
2
5
555定时器
NE555
2
6
二进制计数器
74ls93
1
7
双D触发器
74ls74
1
8
数据选择器
74ls153
1
9
位移选择器
74ls164
1
10
电阻1
20kohm
2
11
电阻2
10ohm
8
12
LED灯
8
13
电容
1uf
2
14
按键开关
1
15
导线
若干
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