彩灯循环控制器的设计与制作

彩灯循环控制器的设计与制作一、设计任务书1、题目彩灯循环控制器的设计与制作2、设计任务1）彩灯能够自动循环点亮2）彩灯循环显示且频率快慢可调。3）该控制电路具有8路以上的输出。3、设计目的通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法，掌握彩灯循环控制器的设计方法。4、参考设计方案方案一：1）课题的分析此电路主要由三部分组成，其整体框图如图（一）所示。振荡电路计数译码驱动电路显示电路图（一）2）方案论证与实现（1）振荡电路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，电路如图（二）所示。U11DIS7OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCC555_VIRTUALR11kohmR21kohm50%1kOhmKey=aR3C10.1uFC20.01uF5VVCC555定时器组成的振荡电路图（二）（2）计数器/译码分配器计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数/分频器4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2….O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。4017有3个输入端（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时，其输出O0为高电平，其余输出端（O1------O9）均为低电平。CP0和~CP1是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由~CP1端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。4017有10个输出端（O0—O9）和1个进位输出端~O5-9。每输入10个计数脉冲，~O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。由此可见，当4017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。4017的管脚仿真图如图（三）所示。其测试电路及波形如图（四）图（五）所示。注意在用multisim仿真软件时，含有CMOS时，电源作VDD。O03O12O24O37~CP113MR15CP014O410O51O65O76O89O911~O5-912U14017BD图（三）4017的管脚仿真图O03O12O24O37~CP113MR15CP014O410O51O65O76O89O911~O5-912U14017BD图（四）4017的功能测试电路图V11000Hz5VQCT1FXLA1图（五）（3）显示电路主要由发光二极管组成，当4017的输出依次输出高电平时，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。如有兴趣也可以把发光二极管换成颜色的彩灯，这样循环直民来就更好看了。整机电路如图（六）所示。U11DIS7OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCC555_VIRTUALR11kohmR31kohm50%1kOhmKey=aR2C10.1uFC30.01uF5VVCCO03O12O24O37~CP113MR15CP014O410O51O65O76O89O911~O5-912U24017BDC21uFR4300ohmLED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8LED9LED10彩灯循环控制器图（六）U11DIS7OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCC555_VIRTUALR11kohmR21kohm50%1kOhmKey=aR3C10.1uFC20.01uF5VVCCO03O12O24O37~CP113MR15CP014O410O51O65O76O89O911~O5-912U34017BDC31uFX12.5VX22.5VX32.5VX42.5VX52.5VX62.5VX72.5VX82.5VX92.5VX102.5V彩灯循环控制器（彩灯显示）方案二1、电路组成该循环控制电路由555定时器、同步4位二制计数器74163和4线—16线译码器/分配器74154组成。2、电路原理与实现电路中555定时器组成多谐振荡器，输出一定频率的矩形脉冲。74163是同步4位二进制计数器，当输入周期性脉冲信号时，其输出为二进制数形式，并且随着脉冲信号的输入，其输出在0000—1111之间循环变化。通过4线—16线译码器74154，其16条输出线按照74163所加的二进制数依次变成低电平，哪条输出线为低电平，与它相连的发光二极管就亮。因任一时刻，只有1个发光二极管亮，故所有16个发光二极管只接1个限流电阻。该电路的16个发光二极管若组成一个环状，则发光二极管依次点亮时，就像一个光环在滚动一样，可用在灯光布置或装饰上。其整体电路设计与仿真如图（八）所示。U11DIS7OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCC555_VIRTUALR11kohmR31kohm50%1kOhmKey=aR2C10.1uFC30.01uF5VVCCU2QA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2~CLR1~LOAD974163N233456456712780189910101111131214131514161517A23B22C21D20U374154N~G118&~G219R4300ohm说明：电路中555定时器组成多谐振荡器，输出一定频率的矩形脉冲。74163是同步4位二进制计数器，当输入周期性脉冲信号时，其输出为二进制数形式，并且随着脉冲信号的输入，其输出在0000-1111之间循环变化。通过4线-16线译码器74154，其16条输出线按照74163所加的二进制数依次变成低电平，哪条输出线为低电平，与它相连的发光二极管就亮。因任一时刻，只有1个发光二极管亮，故所有16个发光二极管只接1个限流电阻。由555定时器、74163同步二进制计数器、74154（4线--16线）译码器组成的循彩灯整体电路方案三：1、电路组成：该电路是由555定时器、12位二进制计数器4040和3位二进制译码器74LS138组成。2、电路原理与实现4040是12位异步二进制计数器，它仅有2个输入端，即时钟输入端cp和清零端CR。输出端为Q0---Q11。当清零端MR为高电平时，计数器输出全被清零；当清零端MR为低电平时，在CP脉冲的下降沿完成主数。74LS138是3线-8线译码器，具有3个地址输入端A、B、C和3个选通端G1、~G2B、G2A以及8个译码器输出端Y0---Y7。用555定时器组成多谐振荡器，输出频率为f=101HZ。由4040分频后，低3位Q2、Q1、Q0的输出分别接在74LS138译码器的C、B、A3端。从而使其输出端Y0---Y7驱动的发光二极管顺序循环亮与灭。U1O1015O17O111O09MR11~CP10O43O52O64O713O812O914O26O354040BDY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5U274LS138D&U31DIS7OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCC555_VIRTUALR110kohmR310kohmC10.47uFC30.01uF5VVCC由555定进器、4040（12位异步二进制计数器）、74LS138组成的彩灯循环电路说明：4040是12位异步二进制计数器，它仅有2个输入端，即时钟输入端cp和清零端CR。输出端为Q0---Q11。当清零端MR为高电平时，计数器输出全被清零；当清零端MR为低电平时，在CP脉冲的下降沿完成主数。555定时器中，输出频率=1.43/(R1+2R3)C。从而可调节输出频率的大小。可控制彩灯闪的快慢程度。还可以从ABC的连接来控制，连最低端闪的快，连最高端闪的慢。R2300ohm二、设计课题1、题目彩灯循环控制器的设计与制作2、设计任务1）彩灯能够自动循环点亮2）彩灯循环显示且频率快慢可调。3）该控制电路具有8路以上的输出。3、设计要求1）元器件及参数选择。2）电路仿真与调试4、编写设计全过程，附上有关资料和图纸及心得体会。5、答辩在规定的时间内，完成叙述并回答提问。