四花样彩灯控制器设计

四花样彩灯控制器设计

杨洋（安庆师范学院物理与电气工程学院安徽安庆 246011）

指导教师：刘娟

摘要：随着人们对城市美化要求的提高，在许多场合可以看到彩色霓虹灯的应用LED彩灯由于其丰富的灯光色彩低廉的造价和其控制简单等特点而得到广泛的应用。有些彩灯控制器实现的团单一，体积过大，应用起来极不方便，为了更好的美化环境，是彩灯控制器适应不同的地点，不同的环境，而通过小型的数字集成器来设计更为实用的彩灯控制器，本次课程设计的目的是设计一四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现：彩灯一亮一灭,从左向右移动；彩灯两亮两灭，从左向右移动；四亮四灭，从左向右移动；从1～8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭；四种花样自动变换。

按照要求设计了电路，本电路使用555定时器构成振荡电路，555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，数据选择器采用74LS153,74LS153里面有两个地址码共用的4选1数据选择器，通过输入不同的地址码就可以控制输出Y选择4个输出数据中的1个。此器件在各种数字电路和单片机系统的显示系统中经常用到。

经过一系列的分析、准备。本次课题设计除在美观方面处理得不够得当之外。本次电路设计完成全部的设计要求。

关键字：555定时器；数据选择器；LED；四花样彩灯控制器

第一章设计要求

1.1 设计课题及要求

（一）题目：四花样彩灯控制器

（二）基本要求：设计一四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现

(1) 彩灯一亮一灭,从左向右移动；

(2) 彩灯两亮两灭，从左向右移动；

(3) 四亮四灭，从左向右移动；

(4) 从1～8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭；

（三）主要参考元器：

555定时器，模十六计数器74LS161，双D触发器74LS74，与门74LS08，非门74LS04，四选一数据选择器74LS153，八位移位寄存器74LS164。

二、系统组成及工作原理

2.1工作原理分析

从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，即改变彩灯移动的速度，从而产生不同的动态效果。

一个电子开关由多谐振荡器、双D触发器、数据选择器组成。多谐振荡器输出的计数脉冲经双D触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑状态。这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，对应从模十六计数器输送到数据选择器的QA，QB，QC，QD四个分频信号。它的作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。当双D触发器输出为“00”时，数据选择器输出10000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样一；为“10”时，数据选择器输出11000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样二；为“01”时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；为“11”时数据选择器输出1111111100000000序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。调节开关电路的CP脉冲产生电路的电阻，可以改变开关的切换时间用以选择每种花样出现时间的长短。

数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从Q0到Q7顺序移动。移动的八位控制信号直接控制发光二极管的亮灭，就出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。

2.2 系统组成框图

把四花样彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可由四个模块组成，它们分别是：四种码产生电路、开关电路、数据输出、时钟电路。

由两个555构成两个时钟电路，由模十六计数器和组合逻辑门构成四种码产生电路，由双D触发器和数据选择器构成开关电路，由移位寄存器和八个彩灯构成输出电路，一个时钟控制模十六计数器和移位寄存器，另一个时钟控制双D触发器。

三、电路方案设计

3.1 电路图设计

本电路图设计简单、结构清晰，可分为四种码产生电路、开关电路、输出电路和时钟电路这四个模块。四种码产生电路由模十六计数器和组合逻辑门构成，开关电路由双D触发器和数据选择器构成，输出电路由移位寄存器和彩灯构成，时钟电路由两个555构成。

通过改变多谐振荡器的电阻可改变彩灯流动的速度和各花样持续的时间，实现了彩灯花样的动态变化，增强了控制器的灵活性。

图 3.1 3.2 电路图仿真

图3.2

四单元电路设计与计算

4.1 四种码产生电路

根据彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即四种码产生电路要产生的码，如表4-1所示：

表4-1 四种码

表4.2

由表4-2分析得：

Z1=Q3Q2Q1

Z2=Q3Q2

Z3=Q3

Z4=Q4

所以四种码产生电路如图4.2所示：

图 4.1 四种码产生电路

4.2时钟脉冲产生电路

用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:

T=0.7(R

1+2R

2

)C………………………(4-1)

要用两个555产生两个时钟脉冲,一个控制74LS161模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动,其周期设为1秒左右, 电阻值和电容值可设为：

R 1=1KΩ， R

2

=51KΩ， C=0.01μF

由公式（4-1）计算得：T=0.721S 电路图如图4.2所示:

图4.2 时钟电路

另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数器的20倍,改变R1、R2的阻值即可，可设为：

R 1=1KΩ， R

2

=1MΩ，C=0.01μF

由公式（4-1）计算得：T=14.42S

4.3彩灯开关电路

要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地输

出Z

1、Z

2

、Z

3

、Z

4

。使双D触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端，双D

触发器能产生00、01、10、11这四钟循环的状态，从而使选择器循环的选择一种码输出，实现彩灯的四花样循环。

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