彩燈控制器的設計

1、常熟理工學院電氣與自動化工程學院課程設計用紙目 錄前言2彩燈控制器3摘要3一.設計任務4二.設計要求4三.設計方案43.1 總體方案的框圖設計43.2 彩燈控制器具體電路53.3 555組成的振蕩電路53.4 74LS160電路83.5 74LS138譯碼器電路113.6 74LS00、74LS10、74LS20的介紹14四.仿真測試144.1 仿真軟件介紹144.2 仿真圖片展示154.2.1 整體效果圖154.2.2 555定時器波形圖174.2.3 計數(shù)器波形圖174.2.4 彩燈波形圖18五.實物圖片展示18六.小結19參考文獻20附錄21前 言伴隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許

2、多場合可以看到霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式各樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用硬件電路實現(xiàn)，電路結構復雜、功能單一，這樣制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同的場合、不同時段的需要來調節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率動態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結構往往有芯片過多、電路復雜、功率損耗大、價格昂貴等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進行改進。利用控制器電路可是彩燈按一定的規(guī)律不斷的改變狀態(tài)，不僅可以獲得良好的觀賞

3、效果，而且省電節(jié)能（與全部彩燈始終全亮相比較）。此外，人們對于物質生活的要求也在逐漸的提高，不僅僅是對各種各樣的生活電器的需要，也開始在環(huán)境的優(yōu)雅方面有了更高的要求，比如日光燈已經(jīng)不能滿足人們的需要了，彩燈的運用已經(jīng)遍布于人們生活的各個方面，例如卡拉OK包房，節(jié)日的裝扮，家中的點綴。這些不禁說明了我們對生活的要求有了質的飛躍，也說明科技在現(xiàn)實運用中有了較大的發(fā)展。在這一設計中我們將涉及彩燈控制器的設計，從原理上使我們對這一設計有所了解，將其與我們的生活聯(lián)系起來。彩燈控制器摘 要摘要循環(huán)彩燈的電路很多，循環(huán)方式更是五花八門，而且有專門的可編程彩燈集成電路。絕大多數(shù)的彩燈控制電路都是用數(shù)字電路來實

4、現(xiàn)的，例如，用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)的彩燈控制電路主要用計數(shù)器，譯碼器，分配器和移位寄存器等集成。關鍵詞：計數(shù)器，譯碼器, 555AbstractCirculatetheelectriccircuitofthecolourfullightalotof,circulatethewayismoremultifarious,andhasspecializedprogrammablecolourfullightintegratedcircuit.Thecolourfullightcontrolelectriccircuitsofthegreatmajorityallcarryoutwiththenumer

5、icalelectriccircuitof,forexample,thecolourfullightcontrolelectriccircuitthatusesamediumscaleintegratedcircuitrealizationmainlyusestocountamachine,translatingthecodemachine,egration.Thedoublecolorofwiththisdesignscirculatingcolourfullightcontrollerist

6、ousetocountamachineandtranslatethecodemachinetocarryout.Keywords：countamachine,translatingthecodemachine,555一 設計任務在文藝及休閑娛樂場所，各種圖案的彩燈，若明若暗，相互映照，不僅增加了歡快的氣氛，且給人以美的享受。彩燈控制器就是將構成一定圖案的彩燈按照人們的要求依照一定的規(guī)律周期性的亮暗變化，利用人的視覺特性，形成多姿多彩的光學效果。彩燈控制器的原理框圖如圖1所示。脈沖信號源產(chǎn)生一定頻率的矩形波電壓信號，驅動七進制計數(shù)器的工作，最后通過組合邏輯電路把七進制計數(shù)器的輸出信號變換為驅動彩

7、燈按一定的規(guī)律周期性或點亮或熄滅或閃爍的信號。二設計要求設計一個彩燈控制器，要求如下：（1）由3只彩燈（發(fā)光二極管）組成圖案。（2）控制紅、綠、黃一組彩燈循環(huán)閃亮，變化的規(guī)律是：紅 紅綠 綠 黃綠 黃 全亮 全滅 紅。（3）可以調整閃亮速度的快慢。三設計方案3.1 總體方案的框圖設計（彩燈控制器框圖）3.2 彩燈控制器具體電路圖 VCCOUTU1555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIR15k?Key=A50%R247k?R339k?C110uF123VCC5VC210nF4U274LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT1

8、0LOAD9CLR1CLK2U374LS138NY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U4A74LS00NU5A74LS10NU6A74LS20N8769VCCU5B74LS10N101213141511LED1LED2LED3161718R4500?R5500?R6500?192021503.3 555組成的振蕩電路3.3.1 555的結構及其功能555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555

9、定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 3-18V 工作，輸出驅動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。利用它可以方便地構成脈沖產(chǎn)生，整形電路和定時、延時電路。具有功能強，使用靈活、方便等優(yōu)點，在數(shù)字設備，控制電路，家用電器，電子玩具等許多領域有廣泛的應用。 （555內部結構圖） （555引腳圖）在數(shù)字系統(tǒng)中，為了使各部分在時間上協(xié)調動作，需要有一個統(tǒng)一的時間基準。用來產(chǎn)生時間基準信號的電路稱為時基電路。555集成定時器就是其中的一種。它是一種由模擬電路與數(shù)字電路組合而成的多功能的中規(guī)模集成組件，只要配少量的外部器件，便可很方

10、便的組成觸發(fā)器、振蕩器等多種功能電路。因此其獲得迅速發(fā)展和廣泛應用。555集成定時器的工作原理如下：如圖所示為其內部電路結構圖。整個電路包括分壓器，比較器，基本RS觸發(fā)器和放電開關四個部分。（1）分壓器 由三個5k的電阻串聯(lián)組成分壓器，其上端接電源VCC（8端），下端接地（1端），為兩個比較器A1、A2提供基準電平。使比較器A1的“+”端接基準電平2VCC/3（5端），比較器A2的“-”端接VCC/3。如果在控制端（5端）外加控制電壓?？梢愿淖儍蓚€比較器的基準電平。不用外加控制電壓時，可用0.01F的電容使5端交流接地，以旁路高頻干擾。（2）比較器A1、A7是兩個比較器。其“+”端是同相輸人端

11、，“-”端是反相輸入端。由于比較器的靈敏度很高，當同相輸入端電平略大于反相端時，其輸出端為高電平；反之，當同相輸入端電平略小于反相輸人端電平時，其輸出端為低電平。因此，當高電平觸發(fā)端（6端）的觸發(fā)電平大于2VCC/3時，比較器A1的輸出為低電平；反之輸出為高電平。當?shù)碗娖接|發(fā)端（2端）的觸發(fā)電平略小于VCC/3時，比較器A2的輸出為低電平；反之，輸出為高電平。（3）基本RS觸發(fā)器 比較器A1和A2的輸出端就是基本RS觸發(fā)器的輸入端RD和SD.因此，基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)（3端的狀態(tài)）受6端和2端的輸入電平控制。圖中的4端是低電平復位端。在4端施加低電平時，可以強制復位，使Q=0.平時，將4端接電

12、源VCC的正極。 （4）放電開關圖中晶體管VT構成放電開關，使用時將其集電極接正電源，基極接基本RS觸發(fā)器的Q端。當Q=0時，VT截止；當Q=1時，VT飽合導通?？梢娋w管VT作為放電開關，其通斷狀態(tài)由觸發(fā)器的狀態(tài)決定。3.3.2 555定時器組成的多諧振蕩器 （555多諧振蕩器）由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導通，把uc從（1/3）Vcc上升到

13、（2/3）Vcc這段時間內電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關。充電時間常數(shù)T充=（R1R2）C。不難理解，接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc之間變化。 由分析可知，電容上的電壓Vc將在VT+與VT-之間往復振蕩，VC和Vo的波形如圖所示。 （電路的電壓波形圖） 由圖中Vc的波形求得電容C的充電時間T1和放電時間T2各為 T1=（R1+R2）Cln(Vcc-Vt-/Vcc-Vt+) =(R1+R2)Cln2 T2=R2Cln(0-Vt+/0-Vt-) =R2Cln2故電路的振蕩周期為

14、： T=T1+T2通過改變R和C的參數(shù)即可改變振蕩頻率振蕩頻率為： F=1/T電路輸出波形的占空比為：q(%)=(R1/(R1+R2)*100% 555振蕩電路是為了產(chǎn)生脈沖信號，通過振蕩電路中的電阻進行調節(jié)使得后面發(fā)光二極管時間發(fā)生改變，從而改變頻率。3.4 74LS160電路3.4.1 結構及其功能 74LS160，是一個4位二進制的計數(shù)器，它具有異步清除端與同步清除端，不同的是，它不受時鐘脈沖控制，只要來有效電平，就立即清零，無需再等下一個計數(shù)脈沖的有效沿到來。 具體功能如下：1.異步清零功能只要（CR的非）有效電平到來，無論有無CP脈沖，輸出為“0”。在圖形符號中，C成為R的非的信號為

15、CT=0，若接成7進制計數(shù)器，這里要特別注意，控制清零端額信號不是N-1（6），而是N（7）狀態(tài)。其實，很容易解釋，由于異步清零端信號一旦出現(xiàn)就立即生效，如剛出現(xiàn)0111，就立即送到（CR的非）端，使狀態(tài)變?yōu)?000.所以，清零信號是非常短暫的，僅是過渡狀態(tài)，不能成為計數(shù)的一個狀態(tài)。清零端是低電平有效。2.同步置數(shù)功能當（LD的非）為有效電平時，計數(shù)功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0D3的數(shù)據(jù)被置入計數(shù)器并呈現(xiàn)在Q0Q3端。若接成七進制計數(shù)器，控制數(shù)端的信號是N（7）狀態(tài)，如在D0D3置入0000，則在Q0Q3端呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)就是0110。引腳圖： 74LS160的內部結構圖：74LS160的

16、真值表：3.5 74LS138譯碼器電路3.5.1 結構及其功能 譯碼器 譯碼器是組合邏輯電路的一個重要器件，其可以分為：變量譯碼器和顯示譯碼兩類。變量譯碼一般是一種較少輸入變?yōu)檩^多輸出的器件，一般分為2n譯碼器和8421BCD譯碼器兩類。顯示譯碼主要解決二進制數(shù)顯示成對應的十、或十六進制數(shù)的轉換功能，一般其可以分為驅動LED和驅動LCD兩類。三線八線譯碼器（74LS138）三線八線譯碼器74LS138是中規(guī)模集成電路的組合邏輯部件。概念：譯碼器是一種多輸出組合邏輯部件，它能將n個輸入端變換成2n個輸出函數(shù)，并且每個輸出函數(shù)對應于n個輸入變量的一個最小項。當輸出函數(shù)的個數(shù)m=2n時，該譯碼器稱

17、為完全譯碼器，又叫做“二進制譯碼器”，當m2n時，該譯碼器稱為不完全譯碼器。二進制譯碼器具有n個輸入端，2n個輸出端和一個（或多個）使能端。A0A2：地址輸入端STA（E1）：選通端/STB（/E2）、/STC（/E3）：選通端（低電平有效）/Y0/Y7：輸出端（低電平有效）VCC：電源正GND：地A0A2對應Y0Y7；A0,A1,A2以二進制形式輸入，然后轉換成十進制，對應相應Y的序號輸出低電平，其他均為高電平；74LS138功能： 三線八線譯碼器74LS138是完全譯碼器，它有三個輸入端八個輸出端和三個使能端。它的輸出是低電平有效，即在使能端時，所有輸出信號中只有一個為0的有效信號，對應為

18、一個最小項mi和反mi，其余皆為1的無效信號。 74LS138譯碼器真值表：輸入輸出STA/STB/STCA2A1A0/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7HHHHHHHHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL3.5.2 74LS138譯碼器電路 （74LS138譯碼電路）74LS138譯碼器內部電路：無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74LS138的八個輸出管

19、腳，任何時刻要么全為高電平1，芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平0，其余7個輸出管腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個管腳在同一時間為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。當附加控制門的輸出為高電平（S=1）時，可由邏輯圖寫出： 由上式可以看出，Yo非 Y7非同時又是A2、A1、A0這三個變量的全部最小項的譯碼輸出，所以也把這種譯碼器叫做最小項譯碼器。74LS138有三個附加的S1、S2非和S3非。當S1=1、S2+S3=0時。G8輸出為高電平，譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平。74LS138譯碼器通過對74LS160計數(shù)器產(chǎn)生循環(huán)狀態(tài)進行譯碼高低電平，使得發(fā)光二極管發(fā)

20、光循環(huán)。3.6 74LS00、74LS10、74LS20的介紹74LS00二輸入端四與非門邏輯表達式 74LS10三輸入端三與非門邏輯表達式74LS20四輸入端二與非門邏輯表達式 將計數(shù)器輸出的二進制代碼輸入譯碼器中，得到輸出結果：Y紅=m1+m2+m6Y綠=m5+m6+m4Y黃=m6+m4+m2+m3ABC000111100012314576因此可根據(jù)以上得出，當給譯碼器連續(xù)輸入二進制代碼時，對應的紅亮暗情況：ABC000001010011100101110紅綠黃000100110010011001111四.仿真測試4.1仿真軟件介紹ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標準SPICE3F5，實

21、現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的SPICE文件自行設計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導入第三方發(fā)布的仿真器件； 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入； 豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器等； 生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數(shù)字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓

22、大小，結合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動； 高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析。4.2仿真圖片展示4.2.1整體效果圖4.2.2 555定時器波形圖4.2.3 計數(shù)器波形圖4.2.4 彩燈波形圖五. 實物圖片展示六.小結這個方案總共使用了74LS160，74LS138，74LS00，74LS20，555定時器各一個，74LS10兩個。在設計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不

23、了，因此耗費在這上面的時間用去很多。做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學們之間的距離更加近了;我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免

24、產(chǎn)生興奮; 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會作出我們應該做的一切，這有什么不好?我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢?于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導致導致整項工作的失敗。實習中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協(xié)作是我們實習成功的一項

25、非常重要的保證。而這次實習也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實習必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶!通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設計終于順利完

26、成了，在設計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導下，終于游逆而解。同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和指導老師再次表示忠心的感謝! 參考文獻電子技術基礎康華光 主編 高等教育出版社電子電路 （基礎實驗與實踐） 顧江 魯宏 主編 東南大學出版社數(shù)字電路邏輯設計（脈沖與數(shù)字電路第三版）王毓銀 主編 高等教育出版社；附錄：元器件清單名稱參數(shù)數(shù)量555定時器1計數(shù)器74LS1601譯碼器74HC1381二輸入與非門74LS001三輸入與非門74LS101四輸入與非門74LS201電阻47K1電阻5003滑動變阻器5K1滌綸電容0.01uf1電解電容10uf1發(fā)光二極管紅1發(fā)光二極管綠1發(fā)光二極管黃

27、1導線若干 教師見習報告總結期待已久的見習已經(jīng)結束了，在龍巖三中高中部見習聽課，雖然只是短短的兩個星期，但感觸還是蠻深的，以前作為一名學生坐在課室聽課，和現(xiàn)在作為一名準教師坐在課室聽課是完全不同的感受，感覺自己學到了一些在平時課堂上學不到的東西。在這里，我獲得的不僅是經(jīng)驗上的收獲，更多是教學管理，課堂教學等的理念，以及他們帶給我的種種思考。教育見習實踐過程：聽課。教育見習的主要目的是讓學生在指導教師的引導下，觀摩教師上課方法、技巧等。聽課是教育見習的主要內容。我院規(guī)定在一周的見習中需完成至少6課的見習任務。我在教師的安排指導下，分別對高一、高二物理專業(yè)課型為主，其他課型齊頭的方式，積極主動的完

28、成了聽課任務，收到良好的效果。我聽的第一節(jié)課是高二（8）班，這是一個平衡班，水平不如實驗班高。在上課前。科任老師已經(jīng)跟我說了這個班的紀律是比較差的，而且成績也不是很好。在我聽課期間，確實有幾個學生在課堂上說話，但是我發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象我在往后的幾個班都發(fā)現(xiàn)了，就是絕大部分的學生的學習熱情都好高漲，積極舉手發(fā)言，積極參與課堂活動。我跟老師們提起這個現(xiàn)象的時候，科任老師就跟我說，一個班里不可能所有的學生都能全神貫注地聽完一節(jié)課，所以作為一名教師，應該想辦法吸引學生的注意力，調動的積極性，比如可以以小組為單位，以搶答計分的形式調動學生的積極性，這樣課堂氣氛就會活躍起來了。在為期兩周的見習

29、工作中，我真的有很大的感觸，我第一次感受到自己已經(jīng)從一名學生向一名教師靠近，走在校園里，每當有學生叫我一聲老師，我在感到無比自豪的同時，還感受到了自己的責任。見習工作結束了，我要回到學校繼續(xù)我的學習了，但是我會好好記住我從*中學學到的一切，并應用于我的專業(yè)學習中去。一、教學管理理念在龍巖三中，從領導階層到一位普通的科任老師，都秉承以學生為主體的宗旨進行學校的管理，進行教學工作的開展。作為一個課程改革的示范學校，一個教育實驗基地。這所學校鼓勵著老師做各種研究，各種改革。每個班主任都有著自己的管理經(jīng)驗與管理宗旨。有了這種思想的自由，自然這里也就充滿著探索與嘗試，從而有所創(chuàng)造與進步。在我見習的班集體

30、中，班主任對他的學生說：“我要讓你們成為學習型的管理者，也是管理型的學習者?！边@樣一句簡單的話，讓我感到這里老師進行班級管理的良苦用心。他們關心的不只是學生的學習，更多的是從一個完整的人的概念出發(fā)，去培養(yǎng)學生多方面的素質。二、教學理念在見習期間，借著錄課的機會，我聽了很多的市級，校級的公開棵，還有理科實驗班的課。在這些課堂上，讓我看到教學改革正在悄然進行，有意識的老師正在努力體會“以學生為主體”的課堂模式。學生的創(chuàng)造也逐步成為教師追求的教學效果。其次，這里的老師也都在適應著多媒體教學，信息化教學，使得課堂更加生動，資源更加豐富，學生獲取學習資源的渠道也就更多。盡管，這種教學理念、教學模式的推廣仍然有很長的路，但似乎也并不遙遠，相信，這股改革的浪潮會給教育領域