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1、IRT UAL 实训三 彩灯循环控制器的设计与制作 一、设计任务书 1、题目 彩灯循环控制器的设计与制作 2、设计任务 1）彩灯能够自动循环点亮 2）彩灯循环显示且频率快慢可调。3）该控制电路具有 8 路以上的输出 3、设计目的 通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法，掌握 彩灯循环控制器的设计方法。4、参考设计方案 1）课题的分析 此电路主要由三部分组成，其整体框图如图（一）所示。振荡电路 -计数译码驱动电路 -显示电路 2）方案论证与实现（1）振荡电路 主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调
2、，所以采用 555 定时器组 成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号，电路如图（二）所示 555定时器组成的振荡电路 图（二）（2）计数器/译码分配器 计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十 进制计数/分频器 4017,它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码 器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是 00 01、02.09 依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。4017 有 3 个输入端（MR CP0 和CP1,MR 为清零端，当在 MR 端上加高电 平或正脉冲时，其输出 00 为高电平，其余输出端（01-09）均为低电
3、平。CP0 和CP1 是 2 个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由 CP0 端输入；若 要用下降沿来计数，则信号由CP1 端输入。设置 2 个时钟输入端，级联时比较 方便，可驱动更多二极管发光。4017 有 10 个输出端（00-09 和 1 个进位输出端05-9。每输入 10 个计数 脉冲，05-9 就可得到 1 个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信 号。由此可见，当 4017 有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状 态，故可直接用作顺序脉冲发生器。4017 的管脚仿真图如图（三）所示。其测试电路及波形如图（四）图（五）所示。注意在用 multisim 仿真软件时
4、，含有 CM0 时，电源作 VDD 图（三）4017的管脚仿真图 0 0 14 CP0 0 1 0 2 13 -0 CP1 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 15 M R 0 8 0 9 0 5-9 U1 2 4 7 10 1 5 6 9 11 12 4017BD 点亮彩灯循环显示且频率快慢可调该控制电路具有路以上的输出设计目的通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法掌握彩灯循环控制器的设计方法参考设计方案课题的分析此电路主要由三部分组成其整体号因为循环彩灯对频率的要求不高只要能产生高低电平就可以了且脉冲信号的频率可调所以采用定时器组成的振荡器其输出的脉冲作为下一级的
5、时钟信号电路如图二所示定时器组成的振荡电路图二计数器译码分器计数器是用来累计数器及译码器两部分组成由译码输出实现对脉冲信号的分配整个输出时序就是依次出现与时钟同步的高电平宽度等于时钟周期有个输入端和为清零端当在端上加高电平或正脉冲时其输出为高电平其余输出端均为低电平和是个时钟输O 5-9 66.000111 4017BD 图（五）（3）显示电路 主要由发光二极管组成，当 4017 的输出依次输出高电平时，驱动发光二极 管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一 般在 1.66V左右，电流在 5mA 左右。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C 构成微分电路，用于上电
6、复位。如有兴趣也可以把发光二极管换成颜色的彩灯，这样循环直民来就更好看了。整机电路如图（六）所示。12 CP0 CP1 O 0 O 1 O 2 O 3 O 4 O 5 O 6 M R XLA1 0 三三二三匸 F C 图（四）4017的功能测试电路图 13.200m 7rt.4(inni 52.800 m 1 r.n n FL n FL n JT_ n pl _ n _ n _ n 口 n 1 n、巾 _TLJ _ n _ i_n_j _ n _ -.一门 n.门.ri：m 门 门 厂i 口 _ n _ n _ _ r 3_ 血 皿 Ona.点亮彩灯循环显示且频率快慢可调该控制电路具有路以上的
7、输出设计目的通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法掌握彩灯循环控制器的设计方法参考设计方案课题的分析此电路主要由三部分组成其整体号因为循环彩灯对频率的要求不高只要能产生高低电平就可以了且脉冲信号的频率可调所以采用定时器组成的振荡器其输出的脉冲作为下一级的时钟信号电路如图二所示定时器组成的振荡电路图二计数器译码分器计数器是用来累计数器及译码器两部分组成由译码输出实现对脉冲信号的分配整个输出时序就是依次出现与时钟同步的高电平宽度等于时钟周期有个输入端和为清零端当在端上加高电平或正脉冲时其输出为高电平其余输出端均为低电平和是个时钟输R1 Ikohm vcc 厂5、Tj 5V=C
8、u7 8 U1 fl R3kohm 5 C1 VCC OUT THR TRI CO N GND U2 R4 4017BD 0.1uF 0.01uF O5-9O OOOOOOOOO p|300ohm 12 11 10 ED5 LED9 彩灯循环控制器 图（六）彩灯循环控制器（彩灯显示）1、电路组成 该循环控制电路由 555 定时器、同步 4 位二制计数器 74163 和 4 线一 16 线 译码器/分配器 74154 组成。2、电路原理与实现 电路中 555 定时器组成多谐振荡器，输出一定频率的矩形脉冲。74163 是同2 1kOhm Key=a C3 50%4 3 7 6 1 CP1 CP0
9、LED1 LE D3 LED2 555 V IRTUAL LED7 LED6 C3 1uF 点亮彩灯循环显示且频率快慢可调该控制电路具有路以上的输出设计目的通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法掌握彩灯循环控制器的设计方法参考设计方案课题的分析此电路主要由三部分组成其整体号因为循环彩灯对频率的要求不高只要能产生高低电平就可以了且脉冲信号的频率可调所以采用定时器组成的振荡器其输出的脉冲作为下一级的时钟信号电路如图二所示定时器组成的振荡电路图二计数器译码分器计数器是用来累计数器及译码器两部分组成由译码输出实现对脉冲信号的分配整个输出时序就是依次出现与时钟同步的高电平宽度等于时
10、钟周期有个输入端和为清零端当在端上加高电平或正脉冲时其输出为高电平其余输出端均为低电平和是个时钟输R4 U2 R1 Ikohm 1 CL R LO AD R3 Ikohm VCC RST O UT DIS T HR T RI CO N G ND 1 555_V IRTUAL C3 0.01uF T 10 15 ENT ENP CL K RCO 14 12 C QC D QD 74163N 2 3 4 5 A 6 B 7 C 8 D 9 10 11 12 13&G 1 14 G:15 由555定时器、74163同步二进制计数器、74154（4线-16线）译码器组成的循彩灯整体电路 说明：电路中5
11、55定时器组成多谐振荡器，输出一定频率的矩形脉冲。74163是同步4位二进制计数器,当输入周期性脉冲信号时，其输出为二进制数形式，并且随着脉冲信号的输入，其输出在）000-1111之间循环变化。通过4线-16线译码器74154，其16条输出线按照74163所加的二进制数依 次变成低电平，哪条输出线为低电平，与它相连的发光二极管就亮。因任一时刻，只有1个发 光二极管亮，故所有16个发光二极管只接1个限流电阻。步 4 位二进制计数器，当输入周期性脉冲信号时，其输出为二进制数形式，并且 随着脉冲信号的输入，其输出在 0000 1111 之间循环变化。通过4 线一16 线译 码器74154,其 16
12、条输出线按照 74163 所加的二进制数依次变成低电平，哪条 输出线为低电平，与它相连的发光二极管就亮。因任一时刻，只有 1 个发光二极 管亮，故所有 16 个发光二极管只接 1 个限流电阻。该电路的 16 个发光二极管若 组成一个环状，则发光二极管依次点亮时，就像一个光环在滚动一样，可用在灯 光布置或装饰上。其整体电路设计与仿真如图（八）所示。VCC 300ohm 图（八）1、电路组成：该电路是由 555 定时器、12 位二进制计数器 4040 和 3 位二进制译码器 74LS138 组成。2、电路原理与实现 4040 是 12 位异步二进制计数器，它仅有 2 个输入端，即时钟输入端 cp
13、和 清零端 CR 输出端为 Q0-Q11 o当清零端 MR 为高电平时，计数器输出全被清零；当清零端 MR 为低电平时，在 CP 脉冲的下降沿完成主数。74LS138 是 3 线-8线译码器，具有 3 个地址输入端 A、B C 和 3 个选通端 G1、G2B G2A 以及 8 个译码器输出端 Y0-Y7。R2 kOhm Key=a C1 0.1uF 4 3 7 6 2 8 U1 5 50%U3 23 7 22 21 20 13 14 16 74154N 18 1 2 点亮彩灯循环显示且频率快慢可调该控制电路具有路以上的输出设计目的通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法掌握
14、彩灯循环控制器的设计方法参考设计方案课题的分析此电路主要由三部分组成其整体号因为循环彩灯对频率的要求不高只要能产生高低电平就可以了且脉冲信号的频率可调所以采用定时器组成的振荡器其输出的脉冲作为下一级的时钟信号电路如图二所示定时器组成的振荡电路图二计数器译码分器计数器是用来累计数器及译码器两部分组成由译码输出实现对脉冲信号的分配整个输出时序就是依次出现与时钟同步的高电平宽度等于时钟周期有个输入端和为清零端当在端上加高电平或正脉冲时其输出为高电平其余输出端均为低电平和是个时钟输用 555 定时器组成多谐振荡器，输出频率为 f=101HZ。由 4040 分频后，低 3 位 Q2 Q1、Q0 的输出分
15、别接在 74LS138 译码器的 C B、A3 端。从而使其输出端 Y0-Y7 驱动的发光二极管顺序循环亮与灭 R2 VCC 由555定进器、4040（12位异步二进制计数器）、74LS138组成的彩灯循环电路 说明：4040是 12位异步二进制计数器，它仅有2个输入端，即时钟输入端cp和清零端CR。输出端为Q0-Q11。当清零端MR为高电平时，计数器输出全被清零；当清零端MR为低电 平时，在CP脉冲的下降沿完成主数。555定时器中，输出频率=1.43/（R1+2R3）C。从而可调节 输出频率的大小。可控制彩灯闪的快慢程度。还可以从ABC的连接来控制，连最低端闪的快，连最高端 闪的慢。二、设计
16、课题 1、题目 彩灯循环控制器的设计与制作 2、设计任务 1）彩灯能够自动循环点亮 2）彩灯循环显示且频率快慢可调。3）该控制电路具有 8 路以上的输出。3、设计要求 1）元器件及参数选择。2）电路仿真与调试 4、编写设计全过程，附上有关资料和图纸及心得体会。5、答辩 在规定的时间内，完成叙述并回答提冋。点亮彩灯循环显示且频率快慢可调该控制电路具有路以上的输出设计目的通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法掌握彩灯循环控制器的设计方法参考设计方案课题的分析此电路主要由三部分组成其整体号因为循环彩灯对频率的要求不高只要能产生高低电平就可以了且脉冲信号的频率可调所以采用定时器组成的振荡器其输出的脉冲作为下一级的时钟信号电路如图二所示定时器组成的振荡电路图二计数器译码分器计数器是用来累计数器及译码器两部分组成由译码输出实现对脉冲信号的分配整个输出时序就是依次出现与时钟同步的高电平宽度等于时钟周期有个输入端和为清零端当在端上加高电平或正脉冲时其输出为高电平其余输出端均为低电平和是个时钟输