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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要个人资料整理仅限学习使用彩灯掌握器在我门日常生活中有重要的运用,如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理；本次设计的四花样彩灯掌握器是其中较简洁的,但这是进行复杂设计的基础；本次课程设计要设计一个四花样彩灯掌握器；第一要分析设计要求,从要实现四花样入手推导出要使用的芯片；可通过八位右移寄存器74LS164 实现八个彩灯的向右移动,从它的右移输入端输入四种码来实现它的四种花样；依据四种花样确定这四种码,可通过模十六计数器 74LS161 的输出端接与门 74LS08 和非门 74LS04产生；要实现彩灯的自动转换,把四种码输入四选一数
2、据挑选器 74LS153 的四个输入端,它的地址输入端接双D 触发器 74LS74 的两个输出端, 74LS74 可产生四种循环的状态,从而实现彩灯的自动转换；时钟信号由两个 555 产生,一个产生周期为0.721 秒的矩形脉冲掌握模十六计数器 74LS161 和八位右移寄存器 74LS164,另一个产生周期为 14.01 秒的脉冲掌握双 D 触发器；当彩灯完成一种花样时,双 D 触发器输出状态转变,数据挑选器挑选另一种码输出,彩灯变为下一种花样,直到完成四种花样再循环变化；经试验验证,所设计的四花样彩器能完成四花样变换,每一种花样循环两次,四种花样不断循环；关键字： 时钟脉冲分频自动转换数据
3、挑选器名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目 录名师归纳总结 前言 1 第 2 页,共 23 页第一章 设计要求 2 1.1 设计课题及要求 2其次章 系统组成及工作原理 3 2.1 系统组成框图 3 2.2 工作原理分析 3 第三章 电路方案设计 53.1 电路图设计 5 3.2 方案比较 5 第四章 单元电路设计与运算 8 4.1 555时钟脉冲产生电路 8 4.2 四种码产生电路 9 4.3 彩灯开关电路 11 4.4 花样输出电路 13 4.5 各芯片管脚图 14第五章 试验、调试及
4、测试结果分析 165.1 结果的调试及分析 16 结论 17 参考文献 18 附录 1 花样彩灯掌握器的原理总图 19 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 附录 2 元器件清单个人资料整理仅限学习使用 20 前 言彩灯掌握器有着特别广泛的运用,如：LED 彩灯,音乐彩灯掌握器,二维彩灯掌握器等等,现简洁介绍如下：随着人们生活环境的不断改善和美化,在很多场合可以看到彩色霓虹灯；LED彩灯由于其丰富的灯光颜色,低廉的造价以及掌握简洁等特点而得到了广泛的应用,用 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚；但目前市场上各式样的LED 彩灯掌握器大多数用全硬件电
5、路实现,电路结构复杂、功能单一,这样一旦制作成品只能依据固定的模式闪亮,不能依据不同场合、不同时间段的需要来调剂亮灯时间、模式、闪耀频率等动态参数；优易LED 全彩灯光掌握系统由Color Edit编辑软件、主控器、分控器和LED 光源组成,广泛应用于城市景观、风景名胜、道路桥梁、建筑轮廓、消遣场所、户外广告、室内装饰等美化、亮化工程；二维彩灯掌握器可掌握五路彩灯逐行递增点亮,再逐行递减熄灭；如将肯定数 量的彩色灯组合联接,就能营造出平面上颜色变化的场景,这比通常掌握一条线上 的颜色流淌更加丰富绚丽；掌握器采纳数字集成块,外围元器件少、电路结构简 单,只要元器件完好、装接无误,装后无须调试即可
6、一举胜利；音乐彩灯掌握器是专用于卡拉ok 厅 KTV 包房的彩灯掌握设备,其最大优点是不与电视音响等设备有任何连接,本设备通过检测包房里的环境音频信号强弱来控 制通过彩灯的电流大小 即亮暗程度）来烘托消遣的爱好的目的,也就是随着声音的 大小而使彩灯闪耀,歌声和彩灯一起跳动,从而让唱歌人激情高涨,留连忘返；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章个人资料整理仅限学习使用设计要求1.1 设计课题及要求 一）题目： 四花样彩灯掌握器 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
7、动；4 从 18 从左到右逐次点亮,然后逐次熄灭；5 四种花样自动变换；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 74LS04,四选一数据 挑选 器 74LS153,八位移 位寄存器 74LS08, 非门 74LS164；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用其次章 系统组成及工作原理2.1 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掌握器的设
8、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；设计框图如图 2.1 所示：多谐振荡器多谐振荡器分频计数器数据挑选器移位寄存器多谐振荡器开关电路输 出图 2.1 系统组成框图由两个 555 构成两个时钟电路,由模十六计数器和组合规律门构成四种码产生电 路,由双 D 触发器和数据挑选器构成开关电路,由移位寄存器和八个彩灯构成输出 电路,一个时钟掌握模十六计数器和移位寄存器,另一个时钟掌握双 D触发器；2.2 工作原理分析名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用
9、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；调剂多谐振荡器的电阻可以转变震荡频率,即转变彩灯移动的速度,得到不同的动态成效；多谐振荡器、双 D 触发器、数据挑选器共同组成一个电子开关；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 四种规律状态；这四个状态作为数据挑选器的四个数据通道挑选信号,对应从模十六计数器输送到数据挑选器的QA,QB,QC,QD四个分频信号；其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,数据挑选器输出 10000000
10、 序列脉冲,为八分频信号,实现花样一；为“10”时,数据挑选器输出 11000000 序列脉冲,为八分频信号,实现花样二；为“01”时数据挑选器输出 11110000 序列脉冲,为八分频信号,实现花样三；为“11”时数据挑选器输出1111111100000000 序列脉冲,为十六分频信号,实现花样四；调剂开关电路的 CP脉冲产生电路的电阻,可以转变开关的切换时间用以挑选每种花样显现时间的长短；数据挑选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 次序移动；移动的八位掌握信号直接掌握发光二极管的亮灭,就显现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯
11、；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第三章 电路方案设计 3.1 电路图设计 将各单元电路组织起来就得到了系统电路图,如附录 1 所示：本电路图设计简洁、结构清楚,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规律门构成,开关 D 触发器和数据挑选器构成,输出电路由移位寄存器和彩灯构成,时钟电 电路由双 路由两个 555 构成；通过转变多谐振荡器的电阻可转变彩灯流淌的速度和各花样连续的时间,实现 了彩灯花样的动态变化,增强了掌握器的敏捷性
12、；3.2 方案比较 比较方案 1：QD作为双 D 触 在原方案的基础上,用模十六计数器 74LS161 的输出端的最高位 发器的时钟,可以少用一个 555 定时器；计数器每计八个数,QD 由低电平变为高电平,双 D 触发器的状态转变,四选一数据挑选器74LS153 挑选下一种码输出,彩灯名师归纳总结 3U3144U1A74LS04DU2B699U2C6U471U63第 7 页,共 23 页AQA1284133U1B410BQB1274LS08D54CQC1174LS04D65QADQD1C01Y47ENP155U1C674LS08D5AQB51021C1ENTRCO4BQC691C2398QD
13、 L OAD10174LS04D1C310CL KQE CL R11298U7B112C02Y9QFCL K12122C1CL RQG74LS161DU1D 74LS04D13132C2QHU7A2PR2C374LS164D1410A21PR21B1D1Q5122D2Q 1G15374LS74D61174LS74D8 2G 1Q 2Q74LS153D1132CL R1CL R- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用变为另一种花样,以后四种花样循环转变；如图 3.1 所示 :图 3.1 比较方案 1 电路图假如按此方案连接电路,彩灯无
14、法完成第四种花样C 4-1 要用两个 555 产生两个时钟脉冲 , 一个掌握 74LS161模十六计数器和八位移位寄 存器, 要能看到彩灯的流淌 , 其周期设为 1 秒左右 , 电阻值和电容值可设为：R1=1K, R2=51K, C=0.01 F 由公式 4-1）运算得： T=0.721S 电路图如图 4.1 所示: VCC 5V R1R21kohm4RSTVCC8U1UAL3751kohmDISOUT555_VIRT6T HR2T RI5C2C1CONGND10.01uF10uF名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - -
15、 个人资料整理 仅限学习使用图 4.1 时钟电路另一个 555 产生的矩形脉冲掌握彩灯的自动转换 , 其周期设为模十六计数器的 20 倍, 转变 R1、R2的阻值即可,可设为：R1=1K, R2=1M,C=0.01 F 由公式 4-1）运算得： T=14.42S 4.2 四种码产生电路依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 四种码花样状态要求周期 1次态 Nt 1Z1Z2Z3Z4表号Q4 Q3 Q2 QQ4 Q3 Q2 Q4-2 计 数 器 真 值 表名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 2
16、3 页精选学习资料 - - - - - - - - - 0 0 0 0 0 个人资料整理仅限学习使用1 1 0 0 0 1 01 1 0 0 0 1 0 0 1 0 00 1 1 2 0 0 1 0 0 0 1 1 00 1 1 3 0 0 1 1 0 1 0 0 00 0 1 4 0 1 0 0 0 1 0 1 00 0 1 5 0 1 0 1 0 1 1 0 00 0 1 6 0 1 1 0 0 1 1 1 00 0 1 7 0 1 1 1 1 0 0 0 11 1 0 8 1 0 0 0 1 0 0 1 01 1 0 9 1 0 0 1 1 0 1 0 00 1 0 10 1 0 1 0
17、 1 0 1 1 00 1 0 11 1 0 1 1 1 1 0 0 00 0 0 12 1 1 0 0 1 1 0 1 00 0 0 13 1 1 0 1 1 1 1 0 00 0 0 14 1 1 1 0 1 1 1 1 00 0 0 15 1 1 1 1 0 0 0 0 11 1 1 由表 4-2 分析得：名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用Z1=Q3Q2Q1 Z 2=Q3Q2 Z3=Q3 Z4=Q4所以四种码产生电路如图4.2 所示：8U2B6U2A3VCCU3A5V12U11&1
18、174LS04N29 CL RU3B74LS08N L OAD3410ENTRCO1514&774LS04N5U3C2ENPCL K5674LS08N3AQA14141374LS04NBQB12U3D5CQC11916QDD74LS04N74LS161N图 4.2 四种码产生电路4.3 彩灯开关电路 要实现彩灯四花样的自动转换,就要使四选一数据挑选器 74LS153 循环地输出 Z1、Z2、Z3、Z4；使双 D 触发器的输出端接数据挑选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,从而使挑选器循环的挑选一种码输 出,实现彩灯的四花样循环；名师归纳总结 开
19、关电路图如图4.3 所示：第 14 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - VCC个人资料整理仅限学习使用U25V14A2B 14U1A1Q510U1B2Q96 1G1Y71C05 1PR 2PR1C1311421CL K6122CL K831C22Y9 1Q 2Q1D2D1C311315 1CL R 2CL R 2G1074LS74N74LS74N112C0122C1132C22C374LS153N图 4.3 开关电路令 Q1Q2=AB,74LS153 数据挑选器的功能表如表 4-3 所示：表 4-3 数据挑选器功能表BQ2）AQ1）1Y
20、0 0 Z1 1 0 Z3 1Y 循环挑选1 1 Z4 0 1 Z2 0 0 Z1 由表 4-3 可知,数据挑选器的地址输入端A、B 循环转变,输出端四种码 Z1、Z2、Z3、Z4 输出,使彩灯的四花样自动循环转变；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用4.4 花样输出电路输出电路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成；寄存器的数据输入端接收开关电路输出的四种码,这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从 QA向 QH移动,输出四种彩灯花样；当输入移位寄存器数据输入端的码为
21、10000000 时,清零后在移位脉冲 CP的作用下,寄存器数码移动情形如表 4-4 所示：表 4-4 寄存器数码移动情形表CP Ri QA QB QC QD QE QF QG QH 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 1 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 1 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 1 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 1 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 由表 4-4 可看出,输入码中的那位高电平“1”从寄存器的输出端QA经八个移位脉冲 CP 作用后
22、逐步到了QH,使输出端所连接的彩灯依次点亮,实现了彩灯依次点亮的花样；当输入另外的三种码时,寄存器的数码移动原理相像,所以就不累赘 了；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用4.5 各芯片管脚图1. 模十六计数器 74LS161,芯片管脚图如图 4.4a）所示：2. 双四选一数据挑选器 74LS153,芯片管脚图如图 4.4b）所示：图 4.4 74LS161 和 74LS153 管脚图名师归纳总结 3. 8 位移位寄存器 74LS164,芯片管脚图如图4.5 所示第 17 页,共 23 页
23、- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 4.5 74LS164 管脚图名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第五章 试验、调试及测试结果分析5.1 结果的调试及分析1. 调试使用的主要仪器 : 数字万用表直流稳压电源示波器函数信号发生器 2. 测试电路的方法和技巧 : 先检查各芯片的电源和地是否接上,检查线路是否连好；前面的检查无问题 后,再依据彩灯的变化情形,确定可能的缘由,分析是哪个功能模块出了问题,用 数字万用表检查各模
24、块的功能,发觉并改正错误,直到符合要求为止；3. 调试中显现的故障、缘由及排除方法：1）彩灯只有一种花样变化,没有其它的花样：555 不能产 缘由可能是双 D触发器 74LS74不能产生周期性的两位二进制码或是 生触发双 D 触发器的 CP 脉冲,使双 D 触发器维护在一种状态；可换一片好的 74LS74 芯片或检查 555CP脉冲产生电路,看是否产生周期性的 CP脉冲,使双 D 触 发器产生四种循环的状态,彩灯就能四花样变化；2）彩灯无规律变化：缘由可能是四种码的产生电路不能产生符合要求的四种码,检查模十六计数器的 CP脉冲是否稳固,看74LS161是否能计数,即QA、QB、QC、QD是否周
25、期性的高低电平变化,前面没问题,再检查与门 能；74LS08 和非门 74LS04 是否能实现它们规律功3）彩灯的四种花样都有,但中间有一些纷乱的状态：缘由可能是数据挑选器输出的两种码之间的间隔大于彩灯每一种状态连续的时 间,使彩灯的一种花样完成后并没有进入另一种状态,当进入另一种状态时上一种 状态的余外码进入下一个状态,故显现了纷乱的状态；可转变双 D 触发器的 CP 脉 冲,即转变多谐振荡器的电阻,使得一种花样完成后,数据挑选器地址输入端状态 转变,正好挑选另一组码输出,彩灯花样转变；名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - -
26、 - - 个人资料整理 仅限学习使用心得设计电路关键在于对设计要求的懂得分析以及对基本电路相关学问的娴熟掌 握；设计电路时,将总体的功能分成如干个部分来实现,是简化电路设计思路的很 好方法；且搞清各个模块的功能与实现要求操作的详细方法,对电路故障的检查也 是很有帮忙；通过这次设计,学到了很多东西,如查找资料,设计比较,从各种图中提取所 需；焊接时学到了好多,如如何在肯定大小的板子上正确摆放好芯片,如何布线等 等,调试时也是,知道了用工具如万用表来检查、修复故障；此外,这次课设仍让我们学到很多,包括焊接技术；也吸取了很多教训；真正 提高了动手才能,学会猎取资料,活跃了自己的思维,巩固了所学学问；
27、参考文献名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用1 何小艇 . 电子系统设计 . 杭州：浙江高校出版社, 2001 2 雷勇. 电工电子技术试验 . 成都：四川高校出版社, 2002 3 王毓银 . 数字电路规律设 . 北京 : 高等训练出版社 ,2006 4 中国集成电路大全编写委员会. 中国集成电路大全TTL 集成电路 . 北京：国防工业出版社, 1985 5 陈先龙 . 电子技术基础试验 . 北京 : 国防工业出版社 ,2006 6 宋万年 . 模拟数字电路试验 . 上海 : 复旦高校出
28、版社 ,2004 7 温飞兵 . 电子技术实践教程 . 湖南 : 长沙国防科技高校 ,2003 附录 1 花样彩灯掌握器原理总图名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用VCC 5VLED14U314U1A74LS04D4U2BU2C6U471U63R13AQA1298LED20.51kohm4133U1B410BQB12R2574LS08DQCC61174LS04D6LED30.51kohmQDD7515U1C10ENPRCOENT5674LS08D1C01YQAR3495AQB74LS04D
29、1LOAD521C14BQC2CLR98986LED40.51kohm1C23QDCLK101C3LED5R410CLKQE74LS161DU1D 74LS04D112C02YU5A119QF0.51kohm12U5B122C1CLRQG131PR10132C2QHR50.51kohm LED62C31474LS164D2PR22AR65122D2Q91D1QB1131Q6112Q8151GLED70.51kohm2GR774LS74D1374LS74D74LS153D1CLR2CLRLED80.51kohmR8R10R9U73R12R11U830.51kohm1kohm81kohm84VCC
30、4VCCRSTRST51kohm7DISOUT1Mohm7DISOUT662THRLM555CN2THRLM555CNTRITRI55CON GNDCON GNDC1 10uFC2 10uF11C3C40.01uF0.01uF附录 2 元器件清单名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 23 页5VU1A74LS04D精选学习资料 U3- - - - - - - - - 个人资料整理仅限学习使用U2CR13AQA141298LED20.51kohm41310BQB123U1B4U2B5QC74LS08DR26C1174LS04D46DQD15元件 U461Y7U63LED3 个数0.51kohm75种