四路彩灯控制系统----------数电课设

摘要

彩灯常常用于商业、家居或者其他室内外装饰，成本低廉、变化多样、，深受大家喜爱。四路彩灯系统设计主要由秒脉冲发生器、分频器、节拍控制器、移位计数器、彩灯显示系统组成。其中，秒脉冲发生器由NE555构成的多谐振荡器产生，分频和控制器由74HC163构成，移位计数器为74HC194。

关键字：彩灯控制分频器节拍控制器秒脉冲发生器移位计数器

绪论 (3)

设计任务 (3)

设计要求 (3)

彩灯控制系统设计 (4)

第一节系统电路方案设计与论证 (4)

1. 基本原理 (4)

2. 方案设计 (6)

第二节直流电源设计方案 (6)

第三节单元电路设计 (7)

1. 直流稳压电源的工作原理 (7)

2. 时钟脉冲产生电路 (8)

3. 分频电路设计 (9)

4. 循环控制电路设计 (10)

5. 彩灯输出电路 (11)

第四节总电路设计及仿真 (12)

调试及测试结果分析 (14)

参考资料 (15)

附录 (16)

4位双向移位寄存器 (17)

心得体会 (18)

设计任务

设计并制作一套彩灯控制系统

设计要求

1.四路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。

2.四路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。

3.四路彩灯同时点亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒，

反复四次。

4.按照以上技术要求设计电路，撰写设计报告，绘制电路图。

5.电源：220V/50Hz的工频交流电供电。

彩灯控制系统设计

第一节系统电路方案设计与论证

1.基本原理

四路彩灯有四路输出，所以设输其出设依次为Q0n+1Q1n+2Q2n+1Q3n+1若用“1”表示灯亮，则“0”表示灯灭，由设计要求可知四路彩灯显示系统要求如表1.1-1所示的输出显示。

表1-1

由表1.1-1可知，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，每4s一个节拍，3个节拍共12s，然后反复循环这三个节拍。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮、渐灭、同时亮、同时灭等功能。

分频及节拍控制可以用一个12进制计数器来完成；彩灯渐亮、渐灭可以用器件的左移、右移功能来实现，因此可选用移位寄存器74HC194来完成，因为它既可以实现左移又可以实现右移的功能。因为同时亮0.5s、同时灭0.5s可考虑把1Hz的秒脉冲信号直接加到输出显示端来完成。

第一，二，三节拍分别为A、B、C，有效时间应为4秒，A结束B马上开始，B后C马上开始，如此循环往复。因此可考虑采用移位寄存器构成的移位型控制器。由于有三个状态，因此需要用三个触发器对现时状态进行记忆，为使各状态的有效时间间隔为4秒，则控制该移位控制器动作时钟周期应为4s。应在开机瞬间，使移位型控制器的状态被确定下来，即ABC节拍应为100，可控制输入信号使触发器置位、复位来实现。

为实现A功能要求器件具有右移功能，为实现B功能要求器件有左移功能，而且左、右移输入可为“0”也可为“1”；为实现C功能，要求器件同时具有并行置数功能。因此可选用一种具有左移、右移和并行置数功能的通用移位寄存器74HC194。74HC194具有并行输入端DI0DI1DI2DI3，并行输出端Q0n+1Q1n+1Q2n+1Q3n+1，右移输入端D SR，左移输入端D SL和控制信号输入端S1S0，以及一个直接清零端CR。模式控制输入S1S0有00、01、10、11四种组合方式，分别表示双向移位寄存器所具有的四种功能，即保持、右移、左移和并行置数。为了使当ABC=100时，S1S0=01（右移），ABC=010时，S1S0=10（左移），当ABC=001时S1S0=11（并行置数）。

74HC194的输出端初态均为0，在开机瞬间，使移位控制端S1S0的状态被确定下来，即ABC=100时，S1S0=01,右移串行数据输入端D SR经脉冲信号经四分频电路和通过两个或门组成的节拍电路，使四路彩灯从右到左依次亮共4秒;当ABC=010, S1S0=10,左移串行数据输入端D SL经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从左到右依次灭共4秒；ABC=001，S1S0=11，并行数据输入端DI0DI1DI2DI3经脉冲信号经四分频电路和通过两或非门组成的节拍电路，使四路彩灯同时为“1”0.5秒，同时为“0”0.5秒，重复4遍共4秒，完成一个循环共需12秒，12个CP脉冲。

设计原理框图如图1.1-1所示。

图 1.1-1

2.方案设计

方案一：分频器采用74HC163起节拍产生和控制作用。

优点：使用元件少，电路设计简单。

缺点：价格相对较高，连线线多。

方案二：分频器采用两个D 触发器连接成四进制异步减法计数器；采用两个D 触发器和一个与非门构成三进制计数器

优点：价格相对较低，连接线少。

缺点：设计偏难，使用元件较多。

由于方案二设计需要的元器件较多，设计偏难，因此选用方案一设计控制系统电路。

第二节直流电源设计方案

由于所提供的是220V/50Hz的工频交流电供电，而电路所使用的是5V的直流电源，所以需要设计一个合适的直流电源。

直流电源设计方案如下：

方案一：根据《电子技术基础（模拟部分）》，稳压部分设计为由稳压管来稳压。

优点：操作方便，价格低廉；

缺点：稳压效果差，不稳定，而且需要设计相应的保护电路，比较复杂。

方案二：稳压电路由三段集成稳压管TA7805来稳压。

优点：使用方便，外围电路设计简单，内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，工作安全可靠；

缺点：价格相对稳压管较高，效率偏低。

由于方案一的设计繁琐复杂，并且稳压效果差，所以选择方案二设计。

第三节单元电路设计

1.直流稳压电源的工作原理

1)直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其工作

原理如图3.1-1所示。

整流滤

波

稳

压

负

载

T

图 3.1-1

2)稳压电路的电容C1、C2、C3分别为4.7μF 、4700μF、0.33μF。

3)直流稳压电源Multisim仿真原理如图2-2所示。

图 3.1-2