可编程彩灯控制器原理及设计

目录

一、课题设计任务及要求 .3

二、设计目的 3

三、优选设计方案 4

四、整体设计思想及原理框图 5

五、各模块设计与分析 6

1、脉冲发生电路 7

2、控制电路和译码电路 10

3、存储电路 12

4、数码管显示电路 .14

六、元器件清单 15

七、安装及调试中出现的问题和解决方法 15

八、设计感想 17

附录

一、实验电路图 20

二、实验电路连接图 .21

三、参考文献 21

一、课题设计任务及要求

课题名称：可编程彩灯控制器

设计任务及要求：

1、设计脉冲产生电路、图形控制电路和存储电路；

2、用8×8LED点阵作为显示电路，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。

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。

7、完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性。

二、设计目的

本课程设计主要是为了实现可编程彩灯控制的功能，且通过本次电子课程设计，了解电子产品设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能灵活运用已学过或者类似的集成块构成电路实现上述功能，还能灵活掌握555电路的应用方法。能用仿真软件对电子线路进行仿真设计，还能用Portel等软件绘制PCB图，掌握了电子电路调试的方法，且能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题，并进一步掌握EEPROM的编程方法和应用。

三、优选设计方案

方案A：

根据设计要求，本系统由控制电路，编码发生电路和输出驱动电路等组成。其彩灯控制器的总体设计思想如下：

1.编码发生器

编码发生器根据花形要求，按节拍送出64位状态编码信号，以控制彩灯按规律亮或灭。因为彩灯路数少，花形要求不多，可选用移位寄存器输出64路数字信号，控制彩灯发光。编码发生器采用16片4位通用移位寄存器74LS194来实现。74LS194具有异步清除和同步预置、左移、右移和保持等多种功能，控制方便灵活。64路彩灯采用两片74LS194组成64位移位寄存器，花形设计比较灵活。移位寄存器的64个输出信号通过驱动电路控制电路来控制彩灯，编码器中数据输入端和控制端的接法由花形决定。根据选择的花形，可列出移位寄存器（编码发生器）输出状态。

2.控制电路

控制电路为编码器提供所需的节拍脉冲和驱动信号，控制整个系统工作。控制电路的功能有两个：一是按需要产生节拍脉冲；二是产生移位寄存器所需要的各种驱动信号。控制电路设计通常按照下述步骤进行：逐一分析单一花形运行，移位寄存器的工作方式和驱动要求，按照工作状态决定74LS194移位寄存器工作的状态顺序，同时是分析移位寄存器工作方式和驱动要求的依据。

方案B：

采用555定时器输出脉冲，高频通过计数器控制电路和译码电路，不断刷新

显示矩阵的各列；而低频产生脉冲，决定显示哪一幅画面。由于需要产生64幅以上的图形，可以设计一个64进制的计数器，即可显示64幅图，此低频接在EEPROM的高位，而高频计数器控制电路的输出接在EEPROM的低三位。即高位决定显示哪幅画，低位表示每幅图形的每列的显示。

显然，方案B比较合理而且能实现课程设计的要求，采用方案B来进行课程设计。

四、整体设计思想及原理框图

本系统可设计为四个模块：

1.脉冲发生电路

采用两个555定时器组成振荡器，一个产生高频和一个产生可调低频。高频通过计数器控制电路和译码电路，不断刷新显示矩阵的各列；而低频产生脉冲，决定显示哪一幅画面。

2.图形控制电路

用74LS161芯片设计一个64进制的计数器，以显示64幅图，其中低片计数器构成16进制，高片计数器构成4进制，并且将低频通过计数控制电路接在EEPROM的高位，从而选择显示哪一幅画。而高频通过计数器控制电路接在EEPROM 的低三位，不断刷新显示矩阵的各列，用以控制图形的显示。由于显示矩阵是由64个发光二极管组成，把译码器输出接在显示矩阵的阴级进行行控制，EEPROM 接在显示矩阵的阳极进行列控制，只有同时导通时，二极管才亮。译码电路是低电平有效，每次只有一个输出有效，所以需要快速进新刷新，故将高频通过计数器控制电路接在译码电路的输入端。

3.数码管显示电路

当前8X8显示矩阵显示的是哪一幅画，可以通过2个数码管显示出来。其中第一个数码管显示该画面所在的组别，另一个显示该幅画为这个组别的第几幅画。由于上面设计为16X4的64进制计数器控制显示画面。故可以设计四种组合，每一个组合为16副画。

4.存储电路

显示什么样的图形就决定于EEPROM的编程，而最终显示在显示矩阵上。

此外，暂停功能：控制低频计数器低位的EP和ET端实现。手动选画功能：当低频计数器的PE端为高电平时，图形自动连续循环；当PE端为低电平时，计数器处于置数功能，可通过选画开关选择需要显示的图画，其中高片计数通过置数选择画面组别，底片计数器通过指数选择此组合内的某一幅画。清零功能：控制低频计数器的清零端R，当R=0时，计数器实现清零功能。

原理框图如下：

五、各模块设计与分析

根据设计要求，本系统由脉冲发生电路、控制电路、译码驱动电路、存储矩阵和显示电路等几部分构成可编程彩灯控制电路。

A. 脉冲发生电路