多路彩灯控制器的设计

河南科技学院新科学院电气工程系电子课程设计报告多路彩灯控制器的设计学生姓名：张永攀所学专业：电气工程及其自动化所在班级：126班完成时间：2014年5月16日多路彩灯控制器的设计摘要当今时代科技发展日异月新，彩灯作为一种景观应用越来越多。在电子电路设计领域中，电子设计自动化(EDA)工具已成为主要的设计手段。它的发展给电子系统的设计带来了革命性的变化，EDA软件设计工具，硬件描述语言，可编程逻辑器件（PLD）使得EDA技术的应用走向普及。本次设计是八路彩灯控制器,现代生活中,彩灯已经成为必不可少的景观,本次设计本着与实际生活密切联系的原则,论述了使用VHDL设计八路彩灯控制器的过程。VHDL为设计提供了更大的灵活性，使程序具有更高的通用性。同时也提高了设计的灵活性、可靠性和可扩展性,为大学生更好地认识社会提供了很好的机会。关键词：电子设计自动化(EDA)；EDA；彩灯控制器；DesignofMulti-channelcoloredlanterncontrollerAbstractThetimesondifferentscientificandtechnologicaldevelopmentonnew,lanternasanincreasingnumberoflandscapeapplications.Inthefieldofelectroniccircuitdesign,electronicdesignautomation(EDA)toolshavebecomeprimarydesigntool.Itsdevelopmenttothedesignofelectronicsystemshasbroughtarevolutionarychange,EDAsoftwaredesigntools,hardwaredescriptionlanguage,programmablelogicdevices(PLD)allowstheapplicationofEDAtechnologiestospread.Thisdesignis16LightControllers,modernlifehasbecomeanessentiallandscapelights,thisdesigncloselyinlinewiththeprinciplesofreallife,discussestheuseofVHDLdesign16Roadlanterncontrollerprocess.VHDLasthedesignprovidesgreaterflexibilitytoprocessahigherversatility.Alsoimprovedesignflexibility,reliabilityandscalabilityforabetterunderstandingofcommunitycollegestudentsagoodopportunity.Keywords：Electronicdesignautomation(EDA);EDA;lanterncontrollerI目录绪论................................................................11多路彩灯控制器任务和要求..........................................11.1多路彩灯控制器的任务............................................11.2多路彩灯控制器的要求............................................12多路彩灯控制器总体方案的选择......................................12.1.多路彩灯控制器单元电路的设计....................................22.1.1各个单元电路的具体实现........................................22.2花型部分........................................................32.3花型控制电路....................................................43.1电路输入、输出信号波形..........................................73.2电路组装、调试问题及解决........................................84结论..............................................................8参考文献...........................................................10致谢..............................................................11附录...............................................................12附录Ⅰ多路彩灯控制器花型控制电路...................................12附录Ⅱ多路彩灯控制器总体电路图.....................................131绪论随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高,在现代生活中,彩灯作为一种装饰既可以增强人们的感观,起到广告宣传的作用,又可以增添节日气氛,为人们的生活增添亮丽。随着电子技术的发展,应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展,EDA(ElectronicDesignAutomatic)技术的应用引起电子产品及系统开发的革命性变革。电子设计自动化(EDA)工具覆盖面广,抽象能力强,在实际应用中越来越广泛。在这个阶段,人们开始追求贯彻整个系统设计的自动化,可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来,把精力集中在创造性的方案与概念构思上,从而可以提高设计效率,缩短产品的研制周期。1多路彩灯控制器任务和要求1.1多路彩灯控制器的任务彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按不同的节拍循环显示各种灯光变换花型。彩灯控制器是以高低电平来控制彩灯的亮灭。实现彩灯控制可以采用EPROM编程、RAM编程、可编程逻辑器件、单片机等实现。在彩灯路数较少，花型变换比较简时，也可用移位寄存器实现。在实际应用场合彩灯可能是功率较大的发光器件，需要加以一定的驱动电路。本课题用发光二极管LED模拟彩灯，可以不用驱动。1.2多路彩灯控制器的要求现要求设计一个8路移存型彩灯控制器，彩灯用发光二极管LED模拟，具体要求如下：1.能演示三种花型，花型自拟。2.选做：彩灯明暗变换节拍为1.0s和0.5s，两种节拍交替运行。2多路彩灯控制器总体方案的选择根据题目的任务、要求和性能指标，经过分析与思考，得出以下方案：整体电路分为四个模块：第一个模块实现节拍的发生；第二个模块实现快慢两种节拍的控制；第三个模块实现花型的控制；第四个模块实现花型的显示。主体框图如下：2在本方案中，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：电路设计模块化且各模块功能明确，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试带来方便。缺点是：由于设计思想比较简单，元件种类使用少，花型复杂一些就会导致中间单元电路连线过多而易出错。2.1.多路彩灯控制器单元电路的设计设计所使用的元件及工具：表一：元件名称个数元件名称个数74LS161（四位二进制同步计数器）2个74LS04（六—非门）1个74LS194（双向移位寄存器）2个发光二极管--8个74LS151（八选一数据选择器1个5551个74LS74（双上升沿D触发器）1个电容：4.7μf1个；0．01μf1个74LS00（四—二输入与非门）3个电阻：150kΩ1个；4.7kΩ1个；100Ω4个面包板一个；万用表一个；钳子一个；导线若干。2.1.1各个单元电路的具体实现（1）节拍发生电路考虑到节拍是整个电路功能实现的基础及其他模块进行调试的必需条件，故首先实现节拍发生模块。0.5s节拍选用由555及相关器件构成的多谐振荡器电路实现。由于输出波形中低电平的持续时间，即电容放电时间为CRtw227.0低电平的持续时间，即电容放电时间为CRRtw)(7.0211因此电路输出矩形脉冲的周期为CRRttTww)2(7.02121节拍发生电路节拍控制电路花型控制电路花型显示电路3输出矩形脉冲的占空比为212112RRRRTtqw当12RR时，占空比近似为50%。故综合考虑，电容取：4.7μf0.01μf电阻取：2R=150kΩ；1R4.7kΩ2.2花型部分图2-1首先设计花型如下：花型1：整体分为两部分从第1路和第5从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次；花型2：从中间两路开始，同时向两边依次渐亮，全亮后再由中间到两边依次渐灭。花型3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。花型的实现由2片74LS194来实现，状态转移图如下（设两片74LS194的输出依次为Q1~Q8）:表二：移存器输出状态编码表节拍序号花型1花型2花型341000000000000000000000000210001000000110001000000031100110000111100110000004111011100111111011100000511111111111111111111000060111011111100111111110007001100111100001111111100800010001100000011111111091111111110011111111100111111120001111113000011111400000111150000001116000000012.3花型控制电路将二片161级联成为模64（三种花型在两种节拍下各显示一遍）的计数器。161的级联用的是同步，并用^CG清零。由于花型控制模块和显示模块之间的连线较为复杂，故在一个图中显示，如下5图2-2总体电路图如下：6图2-373.1电路输入、输出信号波形1．基本CP脉冲产生电路波形图与分频电路波形图2.测试波形:(列依次为CP脉冲,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D)花型一：花型二：花型三：83.2电路组装、调试问题及解决实验的每一天都有所收获，都有所进步。我花了很久的时间来设计电路：首先再次熟悉相关器件的功能、用法，又参照了一些书籍、材料，然后一步步地走，一点点地完善，最终完成属于自己的第一阶段成果。在连线时，因为对原理及连线都很熟悉，所以连线阶段并没有花费过多的时间。但是加电后LED二极管亮的没有一点规律，检查原理图没什么问题，我只能一条导线一条导线地标记，一个端子一个端子地排查，最后发现是两个与非门间的连线弄错了。其实在电路组装过程中，遇到的最大问题是，芯片分布不够合理，无法很好的布线。于是在分析了我的设计后计算了要用芯片的个数和个芯片之间的关系，按照各个控制电路的走向较合理的插好了芯片。其次就是布线，因为要求不准交叉，且横平竖直，所以在保证连通的情况下，在布线上也下了不少工夫，我用心考虑，尽力做到我认为很合理的布线。4结论这次课程设计对于我来说收获很大。通过本次实验，我认识到了实践的重要，也提高了我的实际动手能力。我们要学会把理论联系实际，而这次课程设计就是一个很好的机会，不仅能提高我们的理论知识，而且也培养了我们的实际动手能力。尽管在中间遇到很多问题，我的设计最后在老师的检查下发现了自己存在的问题，是因为自己想的太简单，没有认真思考。但是经过老师的指导和同学的帮9助，使得这次实验能顺利完成，而且在讨论中我们也学到了很多知识，而且也对也前的知识做了一个很好的回顾。在这次实验中，我体