電氣課程設計--簡易彩燈控制電路

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　變換的彩燈已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚狞c綴。那么這些變化的燈光是如何控制的呢? 這就是我們下面要討論的課題——彩燈循環(huán)控制電路。</p><p>　　彩燈循環(huán)控制電路是用來使彩燈按照一定的形式和規(guī)律閃亮，起到烘托氛圍、吸引公眾注意力的作用，應用較為廣泛。彩燈控制器的實現(xiàn)方法多種多樣，本次設計的電路主要功

2、能有：（一）可以控制8路以上的彩燈；（二）可以組成四種以上的花形，每種花形連續(xù)循環(huán)兩次，各種花形輪流顯示。</p><p>　　本電路系統(tǒng)有四部分組成，分別是：</p><p>　　一、時鐘振蕩電路，有施密特非門、電阻及電容構成（或555時基電路）；</p><p>　　二、分頻電路，由四位二進制計數(shù)器74LS161組成，為D觸發(fā)器提供時鐘；</p>

3、<p>　　三、狀態(tài)機電路，有雙D觸發(fā)器組成；</p><p>　　四、移位顯示電路，由雙向移位寄存器74194和發(fā)光二極管組成，實現(xiàn)花形顯示。</p><p>　　本電路是在參考網(wǎng)上資料、數(shù)電書本外加本人思考、修改后完成的，是基于74系列簡單邏輯門電路的組合，實現(xiàn)簡易電子彩燈控制電路，具有電路設計簡單，成本低廉的特點。</p><p>　　第一章 設

4、計要求和主要內(nèi)容</p><p>　　閱讀相關科技文獻，學習protel軟件的使用，學會整理和總結設計文檔報告，學會如何查找器件手冊及相關參數(shù)。技術上設計的電路可以控制8路以上的彩燈；可以組成四種以上的花形，每種花形連續(xù)循環(huán)兩次，各種花形輪流顯示。</p><p>　　第二章 設計電路及工作原理</p><p><b>　　第一節(jié) 設計方案</b

5、></p><p>　　本電路系統(tǒng)分為四部分。第一部分，采用74HC06與電容電阻組成時鐘振蕩電路，為系統(tǒng)提供時鐘。第二部分，采用四位二進制計數(shù)器74LS161組成分頻電路，為D觸發(fā)器提供時鐘，為狀態(tài)機提供時鐘。第三部分，采用雙D觸發(fā)器74LS74組成狀態(tài)機電路，實現(xiàn)四種花樣的輪流顯示。第四部分，采用雙向移位寄存器74LS794組成一位輸出電路。</p><p><b>　

6、　第二節(jié) 基本原理</b></p><p><b>　　一、系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　二、系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　三、系統(tǒng)

7、工作狀態(tài)圖</b></p><p>　　圖2-3 系統(tǒng)狀態(tài)圖</p><p>　　第三節(jié) 系統(tǒng)各部分工作原理</p><p>　　一、時鐘電路的工作原理</p><p><b>　　（一）時鐘方案一</b></p><p>　　圖2-4 時鐘電路</p><p&

8、gt;　　1、第一暫穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉(zhuǎn)的過程</p><p>　　假定在t=0時接通電源，電容C尚未充電，電路初始狀態(tài)為Vo1=Voh，Vi=Vo2=Vo1狀態(tài)，即第一暫穩(wěn)態(tài)。此時，電源VDD經(jīng)G1給電容C充電，隨著充電時間的增加，V1的值不斷上升，當V1達到Vth時，V01變低，V02變高，這一正反饋過程瞬間完成，使G1道童，G2截至，電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)，即V01=V01，V02=Voh。</p>

9、<p>　　2、第二暫穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉(zhuǎn)過程</p><p>　　電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)瞬間，V02由OV上跳至Vdd。由于電容兩端電壓不能突變，則V1也將上跳至Vdd ,本應該升到Vdd+Vth，但由于保護二極管的鉗位作用，V1僅上跳至Vdd。隨后電容C通過G2放電，使V1下降，當V1降至Vth后，Vo1上升，V02下降，從而使G1迅速截至，G2迅速導通，電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)，V01=Voh。此后，電路

10、重復上述過程，周而復始的從一個暫穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個暫穩(wěn)態(tài)，在G2的輸出端得到方波。</p><p><b>　?。ǘ?、時鐘方案二</b></p><p>　　圖2-5 555時基電路</p><p>　　555時基電路的電路結構和8腳雙列直插式的引腳圖，由圖可知555電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、放電管和輸出緩沖器5個部分組成

11、。它的各個引腳功能如下：</p><p>　　1腳：GND(或Vss)外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。</p><p>　　8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5～16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3～18V。一般用5V。</p><p>　　3腳：OUT（或Vo）輸出端。</p><p>

12、　　2腳：TR低觸發(fā)端。</p><p>　　6腳：TH高觸發(fā)端。</p><p>　　4腳：R是直接清零端。當R端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。</p><p>　　5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01μF電

13、容接地，以防引入干擾。</p><p>　　7腳：D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。電阻分壓器由三個5kΩ的等值電阻串聯(lián)而成。電阻分壓器為比較器C1、C2提供參考電壓，比較器C1的參考電壓為2/3Vcc，加在同相輸入端，比較器C2的參考電壓為1/3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個結構相同的集成運放C1、C2組成。高電平觸發(fā)信號加在C1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結果作

14、為基本RS觸發(fā)器R端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在C2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結果作為基本RS觸發(fā)器S端的輸入信號。基本RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器C1、C2的輸出端控制。</p><p>　　在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器C1、C2基準電壓分別為2/3Vcc，1/3Vcc的情況下，555時基電路的功能表和相關參數(shù)如表下表所示：</p><p>　　圖2-6

15、 555時基電路</p><p>　　表2-1 555時基電路的功能表</p><p>　　二、分頻電路工作原理</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　2-5 分頻電路</p><p>　　74161是四位二進制同步加法計數(shù)器。其中1腳是一部清零端，9腳是與指數(shù)控制端，

16、P1,P2,P3,P4是預置數(shù)輸入端，CO是進位輸出端，7腳和10腳是計數(shù)控制端。</p><p>　　表2-2 74161功能表</p><p><b>　　由其功能表可知：</b></p><p><b>　　1、異步清零</b></p><p>　　當1腳接低電平時，不管其他輸入的轉(zhuǎn)臺如何，

17、計數(shù)器將被直接置零。</p><p><b>　　2、同步并行預置數(shù)</b></p><p>　　在1腳接高電平的條件下，當9腳接低電平且有時鐘脈沖CLK上升沿作用時，P1,P2,P3,P4輸入端的數(shù)據(jù)將分別被Q1,Q2,Q3,Q4所接收。</p><p><b>　　3、保持</b></p><p&g

18、t;　　在1腳和9腳同時接高電平時，當兩個計數(shù)使能端中有一個接低電平時，不管有無脈沖CLK的作用，計數(shù)器都將保持原來的狀態(tài)不變。</p><p><b>　　4、計數(shù)</b></p><p>　　當9腳，1腳，7腳，10腳均接高電平時，74161處于計數(shù)狀態(tài)。</p><p>　　當時鐘電路給計數(shù)器十六個脈沖時，計數(shù)器進位端進1，促使D觸發(fā)器反

19、轉(zhuǎn)或截至。</p><p><b>　　三、狀態(tài)機電路</b></p><p>　　圖2-6 狀態(tài)機電路</p><p>　　狀態(tài)機電路有雙D觸發(fā)器組成。觸發(fā)器U1A的5腳與觸發(fā)器的U1B的11腳連接，從而實現(xiàn)U1A的16分頻和U1B的32分頻。</p><p>　　由D觸發(fā)器的功能表可知：當CLK由低電平變?yōu)楦唠娖?/p>

20、（上升沿）時，觸發(fā)器發(fā)生反轉(zhuǎn)，Q=D。</p><p>　　表2-3 D觸發(fā)器的功能表</p><p>　　本電路中，假設開始U1A的5腳為高電平，則有U1B的11腳也為高電平：分頻電路十六拍進位一次，促使觸發(fā)器U1A反轉(zhuǎn)，此時U1A的5角變?yōu)榈碗娖?，則U1B的11腳同時也變?yōu)榈碗娖?；當分頻電路經(jīng)過第二個十六拍時，再次進位，U1A的5腳為高電平，而此時U1B的11腳也再次變?yōu)楦唠娖?，?/p>

21、過程中U1B的CLK引腳經(jīng)歷了一個上升沿，U1B出發(fā)。從而實現(xiàn)了四種花型的輪流變換。</p><p><b>　　四、移位輸出電路</b></p><p>　　圖2-7 移位輸出電路</p><p>　　集成移位寄存器74194由4個RS觸發(fā)器及它們的出入控制電路組成。其中S1和S0是兩個控制輸入端，A,B,C,D是并行輸入端。如表2-4所

22、示，它們的狀態(tài)組合可以完成四種控制功能，其中左移和右移兩項是串行輸入，數(shù)據(jù)是分別從左移輸入7引腳和右移輸入端2引腳送入寄存器的。1引腳是異步清零輸入端。本電路中要求在移位過程中數(shù)據(jù)不能丟失，仍然保持在計數(shù)器中，所以在電路中采用將移位寄存器的最高為輸出端15引腳和最低為輸入端2引腳連接以及讓移位寄存器的最低位端輸出端12引腳和最高為輸入端7引腳連接，形成環(huán)形計數(shù)器。從而實現(xiàn)了四種花型的循環(huán)輸出。</p><p>　

23、　表2-4 74194雙向移位寄存器控制端的邏輯功表</p><p>　　第四節(jié) 花樣循環(huán)明細表</p><p>　　表2-5 花型循環(huán)表</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　本課程設計運用了74系列中規(guī)模邏輯芯片74F194，74HC06，74F161,74LS74及發(fā)光二極管，

24、電阻，電容等器件，是我進一步加深了對這些元件的理解和認識，以及它們的應用方法和注意事項，為以后分析這些元件的工作特性打好了基礎，同時也鞏固和加深了對數(shù)電知識的理解。</p><p>　　此次課程設計我學會了不同的元件來組成電路實現(xiàn)相同的功能，從中比較分析而確定最優(yōu)的設計組合。在課程設計過程中我練習了protel軟件繪制電路圖，更加熟悉了該軟件。</p><p>　　通過課程設計，我學會了充

25、分利用網(wǎng)絡資源進行自主學習研究，對常見的集成電路器件的功能和引腳的接法有了進一步的了解和認識。這讓我明白了閱讀查找文獻的重要行，平時對積累知識，真正到了用的時候，做題才會得心應手。</p><p>　　當然在這一星期里，學會的最重要的是和同學互相協(xié)助共同進步。在實習過程中常遇到一些自己不明白的問題，通過和同學的交流和向其他人請教來解決。另外，再和別人交流的同時我們也可以獲得不同的想法，不斷的完善自己的設計。<