彩灯控制器课程设计

课程设计报告

课程名称：彩灯控制器

系部：机电系

专业班级：

小组成员：

指导教师：

完成时间：2012年1月3日

《数字电子技术》课程设计报告

一、设计要求

1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

二、设计的作用、目的

1．有十只LED，L0……L9

2．显示方式

①先奇数灯依次灭

②再偶数灯依次灭

③再由L0到L9依次灭

3．显示间隔0.5S，1S可调。

掌握彩灯控制器的原理，彩灯是一束束用导线连接起来的并联灯泡，当接通电源后，彩灯就会工作，但里面可能是由编程或非编程的电路控制灯泡的运作的，譬如实现彩灯、闪烁、循环、时控等功能。

数列的产生可以通过计数器和逻辑门实现，而循环则需要用到时序电路控制，如触发器等，而最后可以用逻辑门把几个输出接到同一个数码管。

：三、设计的具体实现

1系统概述

1）系统框图

从课程设计要求来看，要求实现彩灯的23种状态，所以，可以用一个23进制的计数器，从0到22来控制这23种状态。

再画出这23种状态和计数器数字对应的状态图，计算出逻辑式，便可实现彩灯的控制。由于变量过多，逻辑式的化简比较困难，所以我们使用了译码器来得到最小项，直接用最小项进行连接。

题目要求实现时间间隔可调，所以使用了555定时器构成的单稳态触发器来实现此功能。

2.电路分析与设计

1. 输入调整电路设计

工作电压采用+5V直流稳压电源，它是由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路4部分构成。

图1 直流稳压电源

2. 555定时器构成的单稳态触发器

电路图2：

1）电路组成及其工作原理

由555构成的单稳态触发器及工作波形如图所示将555的6号脚和7号脚接在一起，并添加一个电容 和一个电阻 ，就可以构成单稳态触发器我们简记为“七六搭一，上R 下C ”。

图

3 用555定时器构成的单稳态触发器及工作波形

（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态

当电路无触发信号时，v I 保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端v O 保持低电平，555内放电三极管T 饱和导通，管脚7“接地”，电容电压v C 为0V 。 （2）v I 下降沿触发

当v I 下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，v O 由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。 （3）暂稳态的维持时间

在暂稳态期间，555内放电三极管T 截止，V CC 经R 向C 充电。其充电回路为V CC →R →C →地，时间常数τ1=RC ，电容电压v C 由0V 开始增大，在电容电压v C 上升到阈值电压cc V 3

2之前，电路将保持暂稳态不变。 （4）自动返回（暂稳态结束）时间

当v C 上升至阈值电压cc V 3

2时，输出电压v O 由高电平跳变为低电平，555内放电三极管T 由截止转为饱和导通，管脚7“接地”，电容C 经放电三极管对地迅速放电，电压v C 由cc V 3

2迅速降至0V （放电三极管的饱和压降），电路由暂稳态重新转入稳态。 （5）恢复过程

当暂稳态结束后，电容C 通过饱和导通的三极管 T 放电，时间常数τ2=R CES C ，式中R CES 是T 的饱和导通电阻，其阻值非常小，因此τ2之值亦非常小。经过（3～5）τ2后，电容C 放电完毕，恢复过程结束。 2）主要参数估算 (1) 输出脉冲宽度t W

输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间，也就是定时电容的充电时间。由图3（b

）所示电容

O

(a)

(b)

2C

3V

CC

v t

t

O

O

t t v I

O

v v O

t

I

V CC

01

t W

电压v C 的工作波形不难看出v C （0+）≈0V ，v C （∞）=V CC ，v C （t W ）=cc V 3

2，代入RC 过渡过程计算公式，可得

C

R V V V t v v v v t CC

CC CC W C C C C W 1.13ln 3

20

ln )

()()

0()(ln

111==--=-∞-∞=+τττ

上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度t W 仅决定于定时元件R 、C 的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R 、C 的取值，即可方便的调节t W 。 3.由两片74161构成的23进制计数器 电路图4：

原理：使用2块74161扩展成为23进制计数器，采用并行进位方式、整体置数。因为计数器需要23种状态（00000－10110），所以，我先用两片74161连接成256（16×16）进制计数器，然后在输出为10110（22）时，用与非门来控制两计数器的LDN 端清零。同时清零信号可作为进位信号输出。

4.由两片74154构成的5-32译码器

电路图5：

原理：74LS154只有四位输入代码，所以第五位输入代码只能借用G1’和G2’输入端。将片二的D端接至片一的个D输入端,同时将A,B,C接至片二的A,B.C输入端。将片一的G1’和G2’通过非门接至片二的G1’和G2’输入端。当输入DCBA=00000-01111时便在第一片的M0-M15依次给出高电平暑促信号；当DCBA=10000-11111时便在第二片的输出端M16-M31依次给出高电平。

5电路总图及原理

电路总图：