四色循环彩灯控制器汇总.docx
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四色循环彩灯控制器汇总
四色循环彩灯控制器
本设计共用了六块芯片实现了循环彩灯的功能.通过外接一个5V的直流电源,减少变压整流步骤,简化了电源。
以计数器和位移寄存器作为核心器件,采
用几个基本的数字集成的74系列(74LS93,74LS153,555)芯片来完成所需要的数字逻辑显示功能。
用555定时器,产生振荡信号,为计数器和位移寄存器提供工作脉冲;用D触发器自动控制彩灯的花样作为控制电路;用了双色发光二极管作为显示电路,发出发红色和绿色两色光,这也是本电路的特点。
第一章、设计任务和要求
(一)用数字集成器设计一款多路循环彩灯控制器,其中彩灯用发光二极管模拟
(二)彩灯控制器,能控制8路彩灯完成4种花样的循环变换:
1)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)彩灯4亮4灭,从左向右移动;
4)各路彩灯从左向右逐路全部点亮后,又从右向左逐路熄灭
第二章、所用元件清单
74LS93N(四位二进制加法计数器)1个;74HC164N(单向移位寄存器)1个;74HC153(双4选1数据选择器)1个;74LS74(双D触发器)1个;双色发光二极管8个;
NPN型三极管(9013)8个555定时器2个;0.01μf涤纶电容2个;0.1μf电解电容2个;1kΩ电阻8个;510Ω电阻8个;30kΩ电阻2个;2MΩ电阻1个;1MΩ电阻1个;2M(粗调)电位器1个1M(粗调)电位器1个万能板1个;万用表1个;导线若干条;
方案设计与单元设计
近年来,由于中,大规模集成电路的迅速发展,使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。
在设计中更多的使用中。
大规模集成电路,不仅可以减少电路组件的数目,使电路简捷,而且能提高电路的可靠性,降低成本。
因此,双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下:
1.据总的功能和技术要求,把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统,单元的数目不宜太多,每个单元也不能太复杂,以方便检修。
2.个单元电路由标准集成电路来组成,选择合适的集成电路及器件构成单元电
路。
3.各个单元电路间的连接,所有单元电路在时序上应协调一致,满足工作需求,相互间电气特性应匹配,保证电路能正常,协调工作。
3.1基本原理
设计任务中所要求的4种循环方式并不复杂,用中小规模集成电路就能实现。
本控制应由方式选择,振荡器,控制电路等组成,其框图如图1所示:
图1四路循环方式彩灯控制器框图
3.2单元电路
1)计数器、数据选择器和位移寄存器
本控制器的核心器件为计数器、数据选择器和位移寄存器,分别采用TTL中规模集成电路74LS93(4位二进制加法计数器)74LS153(双4选1数据选择器)和74LS164(单向位移寄存器)
计数器IC3通电工作后,对输入的计数脉冲进行计数分频处理,从其QA(12脚)、QB(9脚)QC(8脚)、QD(11脚)分别输出计数脉冲的3次,4次,8次,16次分频信号。
数据选择器IC5相当于一个受控的单极4位转换开关。
当双D触发器IC4输出的逻辑状态数据为“00”时,IC5的6脚与7脚之间的开关接通,其输出端输出2次分频信号。
当IC4输出的逻辑状态数据为“11”时,IC5的3脚与7脚之间的开关接通,其输出端输出16分频信号。
数据选择器IC5第7脚输出的数据信号从位移寄存器IC6的输入端加入。
IC6在移位时钟脉冲的控制下,其Q0~Q7输出端输出灯光控制信号。
当某输出端输出高电平时,该输出端外接的晶体管都导通,该路彩灯被点亮。
例如位移寄存器IC6的Q1端输出高电平时,V2导通,第2路彩灯LED2点亮。
2)振荡器
振荡器有多种振荡器电路,图4所示的振荡器比较简单常用,其中(a)图为CMOS非门构成的振荡器,(b)图为石英晶体构成的振荡器,(c)图为555构成的多谐振荡器。
CMOS非门构成的振荡器的振荡周期T=1.4RC,555构成的振荡器的振荡周期T=0.7(R1+2R2)C。
我们最终是选择了555构成的振荡器,因为555使用起来方便、简单。
图2CMOS非门构成的振荡器(a)
图2石英晶体振荡器(b)
图2555构成的多谐振荡器(c)
多谐震荡器IC1震荡工作后,从IC1的3脚输出低频震荡信号,一路作为4位二进制加法计数器IC3的计数脉冲,另一路作为单向位移寄存器IC6的移位时钟脉冲。
而。
多谐震荡器IC2震荡工作后,从IC2的3脚输出超低频震荡信号,作为双D触发器IC4的计数脉冲。
(3)控制电路
控制电路我们也想了两种方案,一种是手动控制4种花样,另一种是用中规模集成芯片来控制4种花样。
我们选择了第二种方案。
第一种方案是用由单刀掷开关控制4选1数据选择器的两个控制端A和B,从而控制4种循环方式,每种方式用单色发光二极管指示.
第二种方案是用一个双D触发器来控制数据选择器的AB端,如图(3)
图(3)
双D触发器IC4对输入的计数脉冲进行两位二进制计数后,从其两个输出端(5脚和9脚)产生4个逻辑状态数据(即“00”、“01”、“10”、“11”),这个状态作为IC的4个数据通道选择信号,对应于IC2振荡器IC3输出端(QA~QC)输出的4个分频信号。
(4)LED显示电路
LED显示电路由若干个限流电阻(R3-R18)、8个晶体管(V1—V8)和8个双色发光二级管(LED1-8)组成。
总电路图的设计
4.1工作原理
显示电路
8
该彩灯控制器由电源电路、多谐震荡器A、多谐震荡器B、十六进制分频计数器、两位两进制加法计数器、4选1数据选择器、移位寄存器和LED显示电路组成。
多谐震荡器A由时基集成电路IC1和电阻器R1、电位器RP1、电容器C5、C6组成。
多谐震荡器B由时基集成电路IC2和电阻器R2、电位器RP2、电容器C7、C8组成。
十六进制分频计数器电路采用4位二进制计数器集成电路IC4。
4选1数据选择器电路采用双4选1数据选择器集成电路IC5。
移位寄存器电路采用8位单向移位寄存器集成电路IC6。
LED显示电路由电阻器R3~R18、晶体管V1~V8、共阴彩灯LED1~LED8组成。
接同直流电源+5V,供给IC1~IC6。
从多谐震荡器IC1的3脚输出低频震荡信号,一路作为IC3的计数
脉冲,另一路作为IC6的移位时钟脉冲。
IC3通电工作后,对输入的计数脉冲进行计数分频处理,从其QA(12脚)、QB(9脚)QC(8脚)、QD(11脚)分别输出计数脉冲的3次,4次,8次,16次分频信号。
多谐震荡器B震荡工作后,从IC2的3脚输出超低频震荡信号,作为IC4的计数脉冲。
IC4对输入的计数脉冲进行两位二进制计数后,从其两个输出端(5脚和9脚)产生4个逻辑状态数据(即“00”、“01”、“10”、“11”),这个状态作为IC的4个数据通道选择信号,对应于IC3输出端(QA~QC)输出的4个分频信号。
IC5相当于一个受控的单极4位转换开关。
当IC4输出的逻辑状态数据为“00”时,IC5的6脚与7脚之间的开关接通,其输出端输出2次分频信号。
当IC4输出的逻辑状态数据为“11”时,IC5的3脚与7脚之间的开关接通,其输出端输出16分频信号。
IC5第7脚输出的数据信号从IC6的输入端加入。
IC6在移位时钟脉冲的控制下,其Q0~Q7输出端输出灯光控制信号。
当某输出端输出高电平时,该输出端外接的晶体管都导通,该路彩灯被点亮。
调整RP1的阻值,可以改变多谐震荡器A的震荡频率,从而改变灯光的移
动速度,得到不同的动态灯光效果
调整RP2的阻值,可以改变IC2输出脉冲的周期,从而改变IC5内开关电路的切换时间,改变选择每种花样出现时间的长短。
4.2仿真的总电路图
10
总电路图
参考文献
1、张庆双主编,灯光控制应用电路集粹,机械工业出版社
2、余孟尝主编,数字电子技术基础简明教程(第三版),高等教育出版社
3、从宏寿、李绍铭编著,电子设计自动化—Multisim在电子电路与单片机中的应用,清华大学出版社
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