數(shù)電課程設(shè)計----循環(huán)彩燈控制器

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p><b>　　設(shè)計題目 </b></p><p><b>　　循環(huán)彩燈控制器</b></p><p><b>　　主要內(nèi)容及要求</b></p><p>　　(1)共有紅、綠、黃3色彩燈各9個，要求按一定順序和

2、時間關(guān)系運行。</p><p>　　(2)動作要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5S的速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5S，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。</p><p>　　(3)對各組燈的控制，要求有驅(qū)動電路。</p><p>　　(4)對跑動電路，可以每3個一組，交叉安裝，分別點亮每一組，利用視覺暫停，達到跑動的效果。</p><p

3、><b>　　三．進度安排</b></p><p>　　1、6月8日，老師給出選題內(nèi)容，課程設(shè)計的相關(guān)要求，指導(dǎo)時間及任務(wù)完成期限。</p><p>　　2、6月13日-15日，根據(jù)課程設(shè)計內(nèi)容及要求構(gòu)造整個設(shè)計思路，復(fù)習(xí)數(shù)字電路中觸發(fā)器、譯碼器、計數(shù)器、譯碼顯示器等部分內(nèi)容。</p><p>　　3、6月16日～6月20日分析彩燈控制器

4、的組成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引腳排列及功能。進行電路的設(shè)計及仿真模擬。</p><p>　　4、6月21日～6月22日根據(jù)電路的原理寫出設(shè)計方案。</p><p>　　5、6月23日～6月25日設(shè)計方案的檢查，修正，改進，按要求打印方案。</p><p><b>　　總評成績</b></p><p>　　指導(dǎo)

5、教師 </p><p>　　學(xué)生簽名 </p><p><b>　　循環(huán)彩燈控制器</b></p><p><b>　　一，設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　(1)共有紅、綠、黃3色彩燈各9個，要求按一定順序和時間關(guān)系運行。</p>

6、;<p>　　(2)動作要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5S的速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5S，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。</p><p>　　(3)對各組燈的控制，要求有驅(qū)動電路。</p><p>　　(4)對跑動電路，可以每3個一組，交叉安裝，分別點亮每一組，利用視覺暫停，達到跑動的效果。</p><p><b>　　二

7、，方案設(shè)計與論證</b></p><p><b>　　總設(shè)計思路 </b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)要求可以大致的畫出框架圖：</p><p>　　根據(jù)此框架圖設(shè)了兩種實現(xiàn)方案</p><p>　　方案一：該任務(wù)要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5S的速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5S，再黃燈，后

8、綠燈，各一次。以此循環(huán)。根據(jù)此要求電路總體上可以分為三部分：一部分電路為控制0.5s的跑動。一部分電路為控制5s的跑動。一部分電路為實現(xiàn)這兩種跑動的循環(huán)。因些可以選用兩個555多諧振蕩器（一個周期為0.5秒，一個為5秒）用來控制跑動的速度，再選兩個4017芯片，因為4017芯片在正常工作下，連續(xù)送入時鐘脈沖時，其十個輸出端會依次輸出高電平。這樣可以用一個4017芯片點亮0.5s的跑動，用一個4017芯片來點亮5s的跑動。選用一個JK觸發(fā)

9、器和模擬開關(guān)4066芯片來實現(xiàn)循環(huán)功能，即用JK觸發(fā)器來控制4066芯片的開通和關(guān)閉。</p><p>　　方案二：因為紅，綠，黃三種燈各9個，共27個燈，0.5s跑動的可以分成每組三個燈，就有9組燈，這可以用9進制計數(shù)器來控制（0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000）每個數(shù)就控制一組燈（3個一組）。5s跑動的分成三組，即紅，綠，黃三組，這三組用3進制計數(shù)來控制（

10、00，01，10）,每組數(shù)控制一組燈（9個一組）。實現(xiàn)交替循環(huán)。</p><p>　　三，單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p>　　現(xiàn)在主要是對方案一的設(shè)計：</p><p>　　在整個電路中，其主要的組成部分有：</p><p>　　555定時器和4017芯片組成的 3個一組0.5s依次跑動：</p><p>　　

11、(由于仿真時，設(shè)置的時間跟實際理論計算的不符合，故仿真時時間可能不是0.5s)</p><p>　　555定時器和4017芯片組成的9個一組持續(xù)亮5s的：</p><p>　　(由于仿真時，設(shè)置的時間跟實際理論計算的不符合，故仿真時時間可能不是5s)</p><p>　　4066和74LS76組成的一個循環(huán)電路：</p><p>　?。ū緛硎?/p>

12、要用hc4060+CD4013（D觸發(fā)器，用它做2分頻電路）+32768Hz的晶振組成秒定時，產(chǎn)生秒脈沖來做循環(huán)電路的，不過由于其中的芯片沒接觸過也比較復(fù)雜，所以就沒用此方案，改為用4066和7476組成的循環(huán)電路。）</p><p>　　設(shè)計過程中各個單元的詳細原理、電路圖和仿真狀態(tài)如下：</p><p>　　第一部分電路：實現(xiàn)3個一組紅燈，后黃燈，再綠燈，分別依次跑動一次的電路，電路如

13、下圖：</p><p>　　此電路主要用到一個555多諧振蕩器和一個4017芯片，4017芯片有十個輸出端口，而每3個一組的燈都接一個4017的輸出端口，這樣可控制任務(wù)中的9組燈。</p><p>　　電路中的555多諧振蕩器的輸出端接4017的脈沖輸入控制，555多諧振蕩器不斷的產(chǎn)生脈沖送入4017芯片的脈沖輸入端，從而使4017芯片的輸出端（01，02，03，04，05，06，07，0

14、8，09）依次為高電平，這樣就控制指燈不斷的跑動！</p><p>　　第二部分電路：用來實現(xiàn)全部9個一組紅燈，再黃燈，后綠燈，各亮一次。</p><p><b>　　電路如下圖：</b></p><p>　　此電路主要用到一個555多諧振蕩器和一個4017芯片，4017芯片有十個輸出端，而每9個億組的燈都接一個4017的輸出端（共接三個），這

15、樣可控制任務(wù)中的3組燈。</p><p>　　電路中的555多諧振蕩器的輸出端接4017的脈沖輸入控制，555多諧振蕩器不斷的產(chǎn)生脈沖送入4017芯片的脈沖輸入端，從而使4017芯片的輸出端（01，02，03）依次為高電平，這樣就控制3組指燈持續(xù)亮5s依次跑動循環(huán)！</p><p>　　第三部分電路：用來實現(xiàn)兩種的跑動不斷循環(huán)。電路如下圖：</p><p>　　此部

16、分電路主要是用一個4066BP芯片和一個74LS76N芯片來現(xiàn)實。4066BP芯片為模擬開關(guān)芯片，它集成了四個模擬開關(guān)（在此用到兩個），每個模擬開關(guān)有2個端子，一個為控制端，主要接高電平或低電平，其佘兩個端子為輸入輸出端。當(dāng)控制接高電平時，開關(guān)接通，控制端接低電平時開關(guān)斷開。74LS76N芯片為集成JK觸發(fā)器。在此電路中觸發(fā)器的J ，K 和清零端都接高電平。這樣每給觸發(fā)器一個觸發(fā)邊沿其輸出端就翻轉(zhuǎn)一次。Q端接4066BP的一個開關(guān)的控制

17、端。Q非接4066BP的另一個開關(guān)的控制端。這樣可以使4066BP用到的兩個開關(guān)一個接通時而另一個就斷開。而觸發(fā)器的脈沖輸入端接第一部分電路中的4017的第十（09）輸出端口和第二部分電路中的4017的03輸出端口的或門的結(jié)果。而4066模擬開關(guān)用到的兩個開關(guān)的輸入端接12V直流電源，其一個開關(guān)的輸出端接第一部分電路中的555多諧振蕩器電源端，別一個開關(guān)輸出端接第二部分電路中的555多諧振蕩器的電源端！這樣就實現(xiàn)了若第一部分的電路工作時

18、第二部分電路就不工作。而第二部分電路工作時第一部分電路就不工作。即可實現(xiàn)交替循環(huán)工作！</p><p>　　總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b></p><p>　　2.電路完整工作過程</p><p>　　電路運行時第一部分的555多諧振蕩器首先工作不斷的給控制著9組燈（3個一組）的4

19、017芯片送去脈沖，從而使4017的十個輸出端依次為輸出高電平。接到高電平的組燈就會發(fā)光。這樣就實現(xiàn)先紅燈，后黃燈，再綠燈，分別依次0.5s跑動。當(dāng)最后的綠燈亮完后，即第一部分的單元電路中的4017的第十個輸出端（09）輸出高電平時，這就給74LS76觸發(fā)器送去一個脈沖，于是觸發(fā)器的Q端就翻轉(zhuǎn)輸出低電平使4066模擬開關(guān)的一個開關(guān)變?yōu)閿嚅_，從而使第一部分的電路處于不工作狀態(tài)。而觸發(fā)器的Q非端同時了輸出一個高電平使4066的另一個開關(guān)導(dǎo)通

20、，這時第二部分的電路開始運行。這樣就使全部紅燈，再黃燈，后綠燈，各亮一次。而當(dāng)綠燈全部亮完后，這時第二部分的4017的第四個輸出端（03）輸出高電平，也給觸發(fā)器送去一個脈沖。于Q端和Q非端翻轉(zhuǎn)。這樣第二部分的4066的模擬開關(guān)斷開，控制第二部分的模擬開關(guān)斷開使第二部分的電路不工作。，而控制著第一部分的4066模擬開關(guān)導(dǎo)通，使第一部分的電路工作3個一組的組燈依次點亮、依次跑動。如此實現(xiàn)了3個一組先紅燈，后黃燈，再綠燈0.5s依次跑動，讓后

21、再9個一組，先紅燈，后黃燈，再綠燈持續(xù)亮</p><p><b>　　3．元件清單</b></p><p><b>　　五．安裝與調(diào)試</b></p><p>　　1、按照電路圖進行接線，按照單元電路設(shè)計中的方法連接好每一塊電路，然后把每一塊接在一起。對每單元電路進行調(diào)試，在對每部分電路進行調(diào)試時仿真狀態(tài)跟設(shè)計和預(yù)想的一樣

22、，沒什么大問題。</p><p>　　2、把各單元電路接在一起調(diào)試時，3個一組隔0.5s跑動亮的正常，不過9個一組的持續(xù)5s的出現(xiàn)錯誤，就是0.5s和5s的兩個功能電路都一起工作，達不到要設(shè)計的要求。</p><p>　　3、把0.5s跑動單元電路中的4017芯片的第十個輸出端口和持續(xù)亮5s的單元電路中的4017芯片的第四個輸出端口用一個或門連起來后就能正常工作了。不過，持續(xù)亮5s的功能中

23、，亮黃跟綠燈時會有三個紅燈也一起亮的(問題解決不了)。不過總體的功能跟效果還是達到要求。</p><p><b>　　六．結(jié)論與心得</b></p><p>　　通過此次的課程設(shè)計，我對電路的設(shè)計流程有了一定的了解，對仿真軟件也有一定的認識?？偟膩碚f，本次的課程設(shè)計進行的還算順利，不過對于結(jié)果有點不怎么滿意，就是持續(xù)亮5S的功能有點不完善，但總的結(jié)果還算達到了設(shè)計要求

24、。本次所用的芯片大部分都是基礎(chǔ)的，不過有個別的不怎么了解，不過通過此次課程設(shè)計，我對這些未曾接觸過的芯片都有一定的認識，對其功能也有一定的了解。比如4066，4017。這次的課程設(shè)計是我更加熟悉芯片的功能跟用法，讓我更好的運用邏輯門，使我所學(xué)的知識得到鞏固，并且這次的設(shè)計培養(yǎng)了我的獨立思考的能力和操作的能力。</p><p><b>　　七、參考文獻</b></p><p

25、>　　1.《電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）》，康華光 主編，高等教育出版社；</p><p>　　2.《數(shù)字電路設(shè)計完全手冊》，鄧勇、周鐸、鄧斌編著，國防工業(yè)出版社；</p><p>　　3.《數(shù)字電路指南》，阮祁忠、蔡聲鎮(zhèn)編著，福建科學(xué)技術(shù)出版社。</p><p><b>　　附圖：</b></p><p>　　CD4