數(shù)電課程設(shè)計--四花樣彩燈控制器

1、<p><b>　　一、 設(shè)計要求</b></p><p>　　1.1 設(shè)計課題及要求</p><p>　?。ㄒ唬?題目：四花樣彩燈控制器</p><p>　　（二） 基本要求：設(shè)計一四花樣自動切換的彩燈控制器，要求實現(xiàn)</p><p>　　(1) 彩燈一亮一滅,從左向右移動；</p>&

2、lt;p>　　(2) 彩燈兩亮兩滅，從左向右移動；</p><p>　　(3) 四亮四滅，從左向右移動</p><p>　　(4) 從1～8從左到右逐次點亮，然后逐次熄滅； </p><p>　　(5) 四種花樣自動變換。</p><p>　?。ㄈ?主要參考元器：</p><p>　　555定時器，模

3、十六計數(shù)器74LS161，雙D觸發(fā)器74LS74，與門74LS08，非門74LS04，四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153，八位移位寄存器74LS164。</p><p>　　二、系統(tǒng)組成及工作原理</p><p>　　2.1 系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　把四花樣彩燈設(shè)計分為幾個獨立的功能模塊進(jìn)行設(shè)計,每一個模塊完成特定的功能,再把它們有機的組織起來構(gòu)成一個系統(tǒng)完

4、成彩燈控制器的設(shè)計。系統(tǒng)可由四個模塊組成，它們分別是：四種碼產(chǎn)生電路、開關(guān)電路、數(shù)據(jù)輸出、時鐘電路。設(shè)計框圖如圖2.1所示：</p><p>　　由兩個555構(gòu)成兩個時鐘電路，由模十六計數(shù)器和組合邏輯門構(gòu)成四種碼產(chǎn)生電路，由雙D觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成開關(guān)電路，由移位寄存器和八個彩燈構(gòu)成輸出電路，一個時鐘控制模十六計數(shù)器和移位寄存器，另一個時鐘控制雙D觸發(fā)器。</p><p><b&g

5、t;　　2.2工作原理分析</b></p><p>　　從多諧振蕩器出來的脈沖信號分為兩路：一路作為計數(shù)脈沖送到模十六計數(shù)器；另一路做為移位時鐘脈沖加到移位寄存器。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動的速度，得到不同的動態(tài)效果。</p><p>　　多諧振蕩器、雙D觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器共同組成一個電子開關(guān)。多諧振蕩器輸出的計數(shù)脈沖經(jīng)雙D觸發(fā)器兩位二進(jìn)制計數(shù)器，在它

6、的兩個輸出端得到00、01、10、11四種邏輯狀態(tài)。這四個狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個數(shù)據(jù)通道選擇信號，對應(yīng)從模十六計數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)選擇器的QA，QB，QC，QD四個分頻信號。其作用相當(dāng)于一個受控的一刀四位的機械轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)雙D觸發(fā)器輸出為“00”時，數(shù)據(jù)選擇器輸出10000000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣一；為“10” 時，數(shù)據(jù)選擇器輸出11000000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣二；為“01” 時數(shù)據(jù)選擇器輸出11110000

7、序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣三；為“11” 時數(shù)據(jù)選擇器輸出1111111100000000序列脈沖，為十六分頻信號，實現(xiàn)花樣四。調(diào)節(jié)開關(guān)電路的CP脈沖產(chǎn)生電路的電阻，可以改變開關(guān)的切換時間用以選擇每種花樣出現(xiàn)時間的長短。</p><p>　　數(shù)據(jù)選擇器的輸出端接移位寄存器的輸入端，在時鐘脈沖的作用下，數(shù)據(jù)在移位寄存器的八位并行輸出端從Q0到Q7順序移動。移動的八位控制信號直接控制發(fā)光二極管的亮滅，就出現(xiàn)了八

8、路四花樣自動循環(huán)切換的流水彩燈。</p><p><b>　　三、 電路方案設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1 電路圖設(shè)計</b></p><p>　　將各單元電路組織起來就得到了系統(tǒng)電路圖，如圖所示</p><p>　　本電路圖設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)清晰，可分為四種碼產(chǎn)生電路、開關(guān)電路、輸出

9、電路和時鐘電路這四個模塊。四種碼產(chǎn)生電路由模十六計數(shù)器和組合邏輯門構(gòu)成，開關(guān)電路由雙D觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，輸出電路由移位寄存器和彩燈構(gòu)成，時鐘電路由兩個555構(gòu)成。</p><p>　　通過改變多諧振蕩器的電阻可改變彩燈流動的速度和各花樣持續(xù)的時間，實現(xiàn)了彩燈花樣的動態(tài)變化，增強了控制器的靈活性。</p><p>　　四 單元電路設(shè)計與計算</p><p>　　

10、4.1 時鐘脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,其周期為:</p><p>　　T=0.7(R1+2R2)C………………………(4-1)</p><p>　　要用兩個555產(chǎn)生兩個時鐘脈沖,一個控制74LS161模十六計數(shù)器和八位移位寄存器,要能看到彩燈的流動,其周期設(shè)為1秒左右, 電阻值和電容值可設(shè)為

11、：</p><p>　　R1=1KΩ ， R2=51KΩ ， C=0.01μF</p><p>　　由公式（4-1）計算得：T=0.721S</p><p>　　電路圖如圖4.1所示:</p><p><b>　　圖4.1 時鐘電路</b></p><p>　　另一個555產(chǎn)生的矩形脈沖控制彩燈

12、的自動轉(zhuǎn)換,其周期設(shè)為模十六計數(shù)器的20倍,改變R1、R2的阻值即可，可設(shè)為：</p><p>　　R1=1KΩ ， R2=1MΩ ，C=0.01μF</p><p>　　由公式（4-1）計算得：T=14.42S</p><p>　　4.2 四種碼產(chǎn)生電路</p><p>　　根據(jù)彩燈要實現(xiàn)的四花樣,可確定移位寄存器輸出的二進(jìn)制碼,即四種碼產(chǎn)

13、生電路要產(chǎn)生的碼，如表4-1所示：</p><p><b>　　表4-1 四種碼</b></p><p>　　要產(chǎn)生這四種碼，可由十六進(jìn)制計數(shù)器接組合邏輯門產(chǎn)生，十六進(jìn)制計數(shù)器的真值表如表4-2所示</p><p>　　表4-2 計數(shù)器真值表</p><p><b>　　由表4-2分析得：</b>&

14、lt;/p><p><b>　　Z1=Q11 </b></p><p><b>　　Z2=Q2 </b></p><p><b>　　Z3=Q3 </b></p><p><b>　　Z4=Q4</b></p><p>　　所以四

15、種碼產(chǎn)生電路如圖4.2所示：</p><p>　　圖 4.2 四種碼產(chǎn)生電路</p><p><b>　　4.3彩燈開關(guān)電路</b></p><p>　　要實現(xiàn)彩燈四花樣的自動轉(zhuǎn)換，就要使四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153循環(huán)地輸出Z1、Z2、Z3、Z4。使雙D觸發(fā)器的輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的兩個地址輸入端，雙D觸發(fā)器能產(chǎn)生00、01、10、11這四鐘

16、循環(huán)的狀態(tài)，從而使選擇器循環(huán)的選擇一種碼輸出，實現(xiàn)彩燈的四花樣循環(huán)。</p><p>　　開關(guān)電路圖如圖4.3所示：</p><p>　　圖 4.3 開關(guān)電路</p><p>　　令Q1Q2=AB，74LS153數(shù)據(jù)選擇器的功能表如表4-3所示：</p><p>　　表4-3 數(shù)據(jù)選擇器功能表</p><p>　　

17、由表4-3可知，數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端A、B循環(huán)轉(zhuǎn)變，輸出端1Y循環(huán)選擇四種碼Z1、Z2、Z3、Z4輸出，使彩燈的四花樣自動循環(huán)改變。</p><p>　　4.4 花樣輸出電路</p><p>　　輸出電路由八位移位寄存器74LS164、八個彩燈和八個驅(qū)動電阻構(gòu)成。寄存器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關(guān)電路輸出的四種碼，這四種碼在移位寄存器的八位并行輸出端從QA向QH移動，輸出四種彩燈花樣。</

18、p><p>　　當(dāng)輸入移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端的碼為10000000時，清零后在移位脈沖CP的作用下，寄存器數(shù)碼移動情況如表4-4所示：</p><p>　　表4-4 寄存器數(shù)碼移動情況表</p><p>　　由表4-4可看出，輸入碼中的那位高電平“1” 從寄存器的輸出端QA經(jīng)八個移位脈沖CP作用后逐漸到了QH，使輸出端所連接的彩燈依次點亮，實現(xiàn)了彩燈依次點亮的花樣。當(dāng)輸

19、入另外的三種碼時，寄存器的數(shù)碼移動原理相似，所以就不累贅了。</p><p><b>　　五、安裝調(diào)試</b></p><p>　　5.1電路板安裝及檢查</p><p>　　A、將原件插在電路板上，按電路圖進(jìn)行連線，并用電烙鐵進(jìn)行焊接</p><p><b>　　注意事項：</b></p&g

20、t;<p>　　電路比較復(fù)雜，需要接線很多，焊點也很多，且焊點集中，焊接時一定注意不要將不該焊到一起的點焊一起了。</p><p>　　1、注意芯片的用法，特別是管腳的正確連接。</p><p>　　2、注意不要忘了將芯片的Ucc端和GND端接到電路上。</p><p>　　3、注意LED的正負(fù)極。</p><p>　　4、正確

21、運用PCB板的特性，連通的地方可省去布線，Ucc和GND分別利用PCB板上下的連線。</p><p>　　B、依次檢查電路板的連線，看有沒有焊錯、虛焊或短路的地方，檢查各芯片的電源和地是否接上，并調(diào)整過來。檢查無誤后進(jìn)行調(diào)試</p><p><b>　　5.2 調(diào)試</b></p><p>　　前面的檢查無問題后，接通電源，進(jìn)行調(diào)試，根據(jù)彩燈的

22、變化情況，確定可能的原因，分析是哪個功能模塊出了問題，用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯誤，直到符合要求為止。</p><p><b>　　5.3 故障及分析</b></p><p>　　電路接好后，發(fā)現(xiàn)八個同時亮，沒有明顯的花樣變化，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，原來是電容接錯了，由于所接電容比較小，充放電時間比較短，變化太快，所以看不清花樣的變化。將電路調(diào)整后再調(diào)試，沒有

23、發(fā)現(xiàn)問題。</p><p><b>　　六、實驗小結(jié)</b></p><p>　　本次試驗的內(nèi)容是四花樣彩燈控制器。由于在以前的學(xué)習(xí)中積累了一些經(jīng)驗，這次設(shè)計總的來說是比較順利的。通過設(shè)計，我進(jìn)一步熟悉了電烙鐵和萬用表的使用方法，鞏固和加深對數(shù)電所學(xué)理論知識的理解和掌握，特別是對74LS161十六位循環(huán)計數(shù)器、74LS04六反相器、74LS08四2輸入正與門、74LS

24、153數(shù)據(jù)選擇器、74LS164八位移位寄存器、CT74LS74正邊沿觸發(fā)雙D觸發(fā)器、多諧振蕩器等原件了有了更深的了解，深感受益匪淺。</p><p>　　實驗中電路比較復(fù)雜，在焊接布線時相當(dāng)?shù)穆闊?，得非常小心，涉及多個芯片的用法，焊接前一定要分析清楚這些芯片的用法。板子的連通性，給布線帶來方便時也使安裝元器件時要注意，不能讓元器件短路，如果不小心令電路短路了，就很容易燒毀原件，后果不堪設(shè)想。</p>

25、<p>　　設(shè)計過程中溫習(xí)了基本的焊接技術(shù)，萬用表的使用和熟悉了電阻的讀數(shù)方法和很多元器件的使用方法。但在做的過程中也遇到了很多的問題。實驗開始時，就遇到了元器件不夠的問題，最后只能把幾個人得元器件聚集起來，大家一起做了。試驗中，由于焊接技術(shù)不熟練，導(dǎo)致焊點處的錫點的過多或過少，甚至造成短路，而使電路板不能正常工作；也出現(xiàn)了因?qū)υ骷氖褂貌皇煜ざ乖骷芙探渝e或其他的錯誤，同樣造成電路板的不能使用。</p>

26、<p>　　讓我印象最深的是調(diào)試過程了。焊接檢查完畢后，把電路板插在電源上，發(fā)現(xiàn)八個等同時亮了，但沒有預(yù)期中的花樣變化。開始以為是接線有問題，可是把電路板取下檢查無誤后還是一樣。當(dāng)時感到很奇怪，之后問做好的同學(xué)才知道原來是實驗中兩個電容的位置接錯了。調(diào)換過來，果然成功了。通過這個經(jīng)歷也讓我長了經(jīng)驗教訓(xùn)，做試驗前，一定要弄清原理，否則就會走不必要的彎路。</p><p>　　另一讓我感觸頗深的是安全問

27、題。在焊接時，由于不小心，手被燙傷了；調(diào)試時由于心急用手觸碰到了電路板，而與電流有了一次“親密的接觸”。好在我還算幸運，沒有出現(xiàn)什么事故，不過也著實讓我吃了一驚，以后一定不敢如此大意了。</p><p>　　看著自己焊成的彩燈隨著時間的腳步忽明忽暗，心里有一種說不出的成就感。不過，美中不足的是，我所充當(dāng)?shù)闹皇且粋€“焊接者”，而不是創(chuàng)造者。為此，我也給自己確立了一個目標(biāo)，以后要加強理論知識的學(xué)習(xí)，設(shè)計屬于自己的東西