可编程彩灯控制器课程设计报告

前言

电子技术课程设计是配合电子技术基础课程与实验教学的一个非常重要的教学环节。它不但能巩固我们已所学的电子技术的理论知识，而且能提高我们的电子电路的设计水平，还能加强我们综合分析问题和解决问题的能力，进一步培养我们的实验技能和动手能力，启发我们的创新意识几创新思维。

现代生活中，彩灯越来越成为人们的装饰品，它不仅能美化环境，渲染气氛，还可用于娱乐场所和电子玩具中，现以该课题为例进行分析与设计可编程的彩灯控制电路很多，构成方式和采用的集成片种类、数目更是五花八门，而且有专门的可编程循环彩灯控制电路。绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成等。

编者：周滨

2009年1月

目录

一、课题名称 (1)

二、设计目的 (1)

三、设计要求 (1)

四、设计方案 (1)

五、基本原理框图 (4)

六、模块设计思想 (5)

七、所需元器件 (8)

八、实际操作 (9)

九、具体电路 (10)

十、电路图设计 (10)

十一、安装与调试 (10)

十二、存在的不足与新设想 (11)

十三、心得与体会 (11)

十四、参考资料 (13)

附件一 (13)

附件二 (14)

附件三 (14)

一、课题名称

可编程彩灯控制器

二、设计目的

电子课程设计是电类专业学生重要基础实践课是工科专业的必修课。经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练。理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。

学习电路的基本设计方法；加深对课堂知识的理解和应用。完成指定的设计任务，理论联系实际，实现书本知识到工程实践的过渡；学会设计报告的撰写方法。

三、设计要求

1、设计脉冲产生电路、图形控制电路和存储电路；

2、用发光二极管行队列（1×16）作为显示电路，显示内容的动面感

要强；

3、能用按键切换不同的显示组合，至少有3个按键切换；

4、每种组合至少有3种变化，每种组合内图形能连续循环；

5、要有数码管显示当前是第几种组合（或是第几个按键）；

6、图形显示间隔（显示频率）至少有3种可选；

7、控制器可有2种控制方式：

（1）规则变化：变化节拍有0.5秒和0.25秒，交替出现，每种节拍可有多种花样各执行1或2个周期后轮换；彩灯变化方向有单向移动和双向移动、跳跃移动等；

（2）随机变化。变化花样相同，但节拍和花样的轮换随机出现。

四、设计方案

（一）设计思路

通过对硬件编程，将各种图形存储在EEPROM中，通过计数器控制各种图形的地址，再利用显示点阵显示出来。系统所显示的内容可反复循环，直至加电清零，便可以回到初始画面。

（二）计划要实现的功能

1.动态显示各种图形，并且显示速度是可以调节的；

2.在图形显示过程中可以通过手动对电路进行暂停、停止、重新开始、从其中某幅图形开始；

3.用LED数码管显示当前显示点阵所显示图形所在的组次；

4.能用按键切换不同的显示组合，其中有3个按键切换图形，有四个按键切换组次；

5.图形可以闪烁、循环、流动显示。

（三）创新之处

在设计脉冲产生电路中，只用到了两个555定时器，通过分频设置了高中低三种频率的电路，其中高频电路控制显示一幅图形，中频电路控制显示组内图形，低频控制组间的变换。

五、基本原理框图

六、模块设计思想

（一）脉冲产生模块<高频电路、中频电路、低频电路>

方案一三个555分别产生三种频率可调电路，直接连到控制电路中

优点：频率可直接产生，直接进行通过电位器调节；

缺点：使用较多555，电路出现重复，芯片使用较多，影响工艺，没有创新。

方案二一个555产生一个高频可调电路，通过二次分频产生中频和低频

优点：使用芯片较少；

缺点：调节555电位器过程中高低中三个频率均变化，不好控制频率比例，调试过程繁琐，操作性不高。

方案三两个555，一个产生高频脉冲，一个发生中频脉冲，通过分频发生低

频脉冲

优点：调试过程操作性强，功能强大，调节高频555发生器，可调节画面清晰度，并可通过观察，总结频率与画面清晰度关系；调解中频555发生器，进行粗调，通过计数器的进制调节，可改变动态显画速度以及画面间的显示速度。

因此，通过比较上述三种方案的优缺点，可以知道第三种方案相对其他两种是最优。电路图设计如下：

高频发生电路

中、低频产生电路

（二）显示模块

（1）8*8显示点阵

行扫描：对8*8显示点阵进行显示设置，利用74LS138进行行译码，EEPROM 进行列译码。

地址扫描：通过对EPPROM的寻址实现选画以及动态显示。

关键之处： 1.单幅图画的显示。需要设计刷新电路，进行行刷新，利用人眼的反应时间有限，通过不断高频刷新，实现显示一幅画面。EPPROM地址位低三位，A0A1A2用来存储一幅画的编码。由于人眼每秒可分辨出24幅图，而高频计数器采用的8进制，则作为刷新频率的脉冲，此高频刷新电路输出脉冲的频率应大于

24*8=192Hz。为了使画面更清晰，高频采用的是约500Hz的脉冲，采用两个100K Ω的电阻。

2. 动态显画。多幅图画连续循环显示构成动态图画，通过中频脉冲触发，使一系列静态图画动态显示。实现用EPPROM 地址位A3A4A5。

3.组与组之间图画的变换。设置10组图画，采用EPPROM 地址位A5A6A7A8编址。

（2）7段LED数码管显示

实验中用以个7段LED数码管显示图形的组次，其中74LS48是一个二-十进制译码器，其输出端直接接到数码管即可，设计的电路如下：

(三)控制模块

（1）一幅图形的控制，图形包括汉字、英文、路标、花案，图形可以循环显示，并且可以通过手动实现图形的暂停、清零、从某一幅图开始；

（2）用数码管显示当前演示动画是第几组设计；

（3）74LS161、74LS160具有预置数、清零、保持等功能，通过管脚从而相应实现选画、停止、暂停功能；

具体电路图如下：