数字电子课设报告双向流动彩灯控制器设计

一、概述
此设计的目的是控制五路彩灯双向流动，设计的主要要求如下：
1. 用中规模计数器设计该双向流动彩灯控制器。

2. 要求彩灯双向流动点亮，其闪烁频率在1~10Hz内连续可调。

3. 要求用555定时器设计时钟脉冲，五路彩灯采用五个发光二极管代替。

二、方案论证
设计一个双向流动彩灯控制器，控制五路彩灯双向流动，这里采用两种方案。

1.方案一
图1 方案一原理框图
原理图如图1 通过可控硅器件SCR加至各彩灯两端，当可控硅导通时，彩灯被点亮，否则熄灭。

可控硅的导通与否是由其可控极是否加入触发信号来决定的。

这些触发信号是由顺序脉冲发生电路给出的。

时钟发生器产生的时钟脉冲CP送入顺序脉冲发生电路。

随着时钟脉冲的不断输入，顺序脉冲发生电路的各输出端依次变成高电平，形成时序控制信号。

时序控制信号经驱动电路送入可控硅的控制极，使各可控硅依次导通，于是各彩灯被依次点亮。

2.方案二
多谐振荡器八进制加法计数器译码器彩灯
图2 方案二原理框图
原理框图如21所示，方案二采用555定时器连接成多谐振荡器产生频率在1~10Hz内连续可调的时钟信号，然后将时钟信号输出通过计数器接受。

然后，经过八进制加法
计数器的循环计数实现双向流动功能。

最后，通过译码器译码，选择某一彩灯进行亮灯。

3.方案确定
由于第一种方案的彩灯方向控制电路较为复杂，且依据课题所给要求及实验元器件，最终确定方案二为最终方案。

三、电路设计
根据设计要求和原理中介绍的彩灯控制电路的基本组成，可以确定双向流动彩灯控制器电路应包含多谐振荡电路、八进制加法计数器电路模块、译码器与彩灯电路模块。

1 . 多谐振荡器电路
在实际连接时，555定时器的外引线排列图如图3所示。

图3 555定时器的外引线排列图
由555定时器构成的多谐振荡器电路如图4所示。

图4 由555构成的多谐振荡器
多谐振荡电路由555定时器及其外接元件R1，R2，R3，C1构成，电位器R1用来调节振荡频率，以改变彩灯流动点亮的速度。

接通电源后，电容C1被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，此时V o为低电平，电容C1通过R3和T放电，使Vc下降。

当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被复位，V o翻转为高电平。

周期T为：T=(R1+R2+2R3)C1ln2≈0.7(R1+R2+2R3)C1这样，通过控制电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号，然后，通过调节滑动变阻器使多谐振荡器产生的时钟信号频率在1~10Hz内连续可调。

2.八进制加法计数器电路
原理图如图5所示。

图5 八进制加法计数器原理框图
利用74LS160D制作八进制加法计数器。

计数器从0000~0111正常运行，到0111时进行异步置数使其变为0000，实现八进制循环计数。

然后，通过后续电路，使0000控制彩灯1，使0001和0111控制彩灯2，使0010和0110控制彩灯3，使0011和0101控制彩灯4，使0100控制彩灯5，由此实现五路彩灯双向流动功能。

八进制加法计数器状态转换图如图6所示。

图6 八进制加法计数器状态转换图
3.译码器与彩灯电路
译码器与彩灯电路如图7所示。

0000 0001 0010 0011
0100
0101 0110 0111 1000
1001
图7 译码器与彩灯电路
译码器前接计数器，将计数器传送信号译码，然后通过彩灯电路使彩灯双向流动。

四、性能的测
利用Multisim10进行测试和仿真。

1.多谐振荡器测试
调节可变电位器的输入电阻可以改变多谐振荡器的频率，使之在1~10Hz连续可调，周期T=100.379ms,f=10Hz的仿真结果如图8所示。

图8 f=10Hz输出电压波形
2. 电路整体性能测试
调节频率为10Hz时,彩灯双向流动仿真结果如图9至图13所示。

仿真结果，彩灯点亮顺序为LED1->LED2->LED3->LED4->LED5->LED4->LED3-> LED2->LED1,可实现彩灯双向流动功能，且频率在1~10Hz内连续可调，实验仿真结果完全符合要求。

图9 彩灯LED1被点亮
图10 彩灯LED3被点亮
图11 彩灯LED5被点亮
图12 彩灯LED3被点亮
图13 彩灯LE13被点亮
五、结论
经过使用Multisim10的测试，彩灯可以双向流动点亮，点亮顺序为LED1->LED2->LED3->LED4->LED5->LED4->LED3->，其闪烁频率在1~10Hz内连续可调，符合设计要求。

六、性价比
本电路采用的都是简单且常见的元器件，元件清单见附录Ⅱ，几乎所有的元件价格都比较便宜，在大部分电子器件商店都能买得到，方便实用，且性能基本符合技术要求。

适用于对技术要求不是十分严格的电路，本电路的性价比较高。

七、课设体会及合理化建议
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和pcb连接图。

经过查阅资料和模拟仿真自己对74ls160计数器 74ls138译码器和555定时器的原理和使用方法有了较为深刻的理解。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

还有，一开始对软件不熟悉，刚进行上机设计时很不顺手，遇到不少麻烦，经过
自己的学习和老师的指导，才完成了电路的设计并成功进行了仿真。

从这次课程设计活动中我认识到了一定要认真对待每一个问题，很有可能就在一个你不注意的地方导致你失败。

参考文献
[1] 宋竹霞，闫丽主编. 数字电路实验.[M]北京：清华大学出版社，2011年
[2] 孙丽霞，殷侠主编.实用电子电路设计与调试.[M]北京：中国电力出版社，2011年
[3] 董玉冰主编.Multisim9在电工电子技术中的应用.[M]北京：清华大学出版社，2008年
[4] 阎石主编. 数字电子技术. [M]北京：高等教育出版社，2006年
[5] 谢自美主编．电子线路设计·实验·测试．[M]武汉：华中科技大学出版社，2006年
[6] 华满清主编．电子技术实验与课程设计．[M]北京：机械工业出版社，2005年
[7] 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器. [M]北京：国防工业出版社，2005年
附录I 总电路图
11
附录II 元器件清单
序号编号名称型号数量
1 R4 电阻66kΩ 5
2 R2 电阻10kΩ 1
3 R1 滑动变阻器1MΩ 1
4 R3 电阻45kΩ 1
5 C1 电容 1.4285μF 1
6 LED1、LED2、LED3、
LED4、LED5
发光二极管LED_green 5
7 U7A、U8B、
U9C、U10D
非门74LS04D 4
8 U4A、U5A、U6A 与非门74LS03D 3
9 U3A 与非门74LS20D 1
10 直流电源5V 1
11 U1 555定时器LM555CM 1
12 C2 电容10nF 1
13 U2 十进制计数器74LS160D 1
14 U11 译码器74LS138D 1
12。