1、武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計(jì)學(xué) 號： 0120911360533課 程 設(shè) 計(jì)題 目四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化班 級姓 名指導(dǎo)教師2011年07月02日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 自動(dòng)化0905 指導(dǎo)教師： 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器設(shè)計(jì) 初始條件：1 運(yùn)用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識；2 用到的元件：實(shí)驗(yàn)板、電源、連接導(dǎo)線、74系列芯片、555芯片等。要求完成的主要任務(wù):1 現(xiàn)有10只彩燈，試設(shè)計(jì)一控制器，要求彩燈能實(shí)現(xiàn)如下追逐圖案：2 第1種花樣為彩燈從右到左,然后從左到右逐次點(diǎn)亮,全滅全亮,3 第2種花樣

2、為彩燈兩邊同時(shí)亮1個(gè)逐次向中間移動(dòng)再散開;4 第3種花樣為彩燈兩邊同時(shí)亮2個(gè)逐次向中間移動(dòng)再散開;5 第4種花樣為彩燈兩邊同時(shí)亮3個(gè),然后4亮4滅,4滅4亮,最后1滅1亮。6 多個(gè)花樣自動(dòng)變換,循環(huán)往復(fù)。時(shí)間間隔為1秒。7 嚴(yán)格按照課程設(shè)計(jì)說明書要求撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。時(shí)間安排： 第1天 下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；第24天 進(jìn)行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計(jì)方案； 第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；第68天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯(cuò)誤并提出問題；第911天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，驗(yàn)收調(diào)試結(jié)果；第1214天 補(bǔ)充完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 2011年 6

3、月26日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2011年 6月26日 目 錄引言 1設(shè)計(jì)意義及要求 51.1設(shè)計(jì)意義 51.2設(shè)計(jì)要求 52方案設(shè)計(jì) 62.1設(shè)計(jì)思路 62.2方案設(shè)計(jì) 62.2.1設(shè)計(jì)方案一電路圖 62.2.2設(shè)計(jì)方案二電路圖 72.3方案比較 83部分電路設(shè)計(jì) 93.1花樣一的原理圖設(shè)計(jì) 93.2花樣二的原理圖設(shè)計(jì) 103.3花樣三的原理圖設(shè)計(jì) 113.4花樣四的原理圖設(shè)計(jì) 123.546進(jìn)制計(jì)數(shù)器的原理圖設(shè)計(jì) 123.6各芯片引腳圖及真值表 134調(diào)試與檢測 184.1調(diào)試中故障及解決方法 184.2調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果 185仿真操作步驟及使用說明 215.1各部件說明 215.2操作

4、說明 21結(jié)束語 23參考文獻(xiàn) 24附錄 電路圖 25本科生課程設(shè)計(jì)成績評定表引 言數(shù)字電子技術(shù)以其先天的便捷，穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代電子技術(shù)中占有越來越重要的地位。同時(shí)，數(shù)字電子技術(shù)是電子信息類專業(yè)、電氣工程類專業(yè)、自動(dòng)控制類專業(yè)、機(jī)電類專業(yè)、計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用專業(yè)的一門必修的技術(shù)基礎(chǔ)課程。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)變換的彩燈以其豐富的色彩、低廉的造價(jià)和簡便的控制被廣泛地應(yīng)用到娛樂行業(yè)和建筑行業(yè)。尤其是在人們物質(zhì)水平不斷得到改善的今天，人們對于物質(zhì)水平的要求也大大地提高了，不光是對各種各樣的生活電器的需要，也開始在環(huán)境的幽雅上面有了更高的要求，比如日光燈已經(jīng)不能滿足我們的要求，彩燈的運(yùn)用已經(jīng)遍布了我

5、們的生活當(dāng)中，從歌舞廳等娛樂場所到日常生活的點(diǎn)綴。但是，目前市場上的大多數(shù)彩燈控制器都是電路復(fù)雜而且功能單一的。一方面，彩燈成品一經(jīng)控制就只能按固定的模式來閃亮，不能調(diào)節(jié)；另一方面，不能根據(jù)需要在不同的場合，不同的時(shí)間來控制各個(gè)彩燈亮的時(shí)間。因此，在原有的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字電子技術(shù)來改進(jìn)彩燈控制器有助于實(shí)現(xiàn)更為豐富而且有規(guī)律地變化的要求。本次的課程設(shè)計(jì)的四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器的設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)四種花樣的循環(huán)追逐圖案：第1種花樣為彩燈從右到左,然后從左到右逐次點(diǎn)亮,全滅全亮；第2種花樣為彩燈兩邊同時(shí)亮1個(gè)逐次向中間移動(dòng)再散開；第3種花樣為彩燈兩邊同時(shí)亮2個(gè)逐次向中間移動(dòng)再散開；第4種花樣為彩

6、燈兩邊同時(shí)亮3個(gè),然后4亮4滅,4滅4亮,最后1滅1亮。而且多個(gè)花樣自動(dòng)變換,循環(huán)往復(fù)，時(shí)間間隔為1秒。1設(shè)計(jì)意義及要求 1.1設(shè)計(jì)意義通過一學(xué)期的數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，我們學(xué)到了一些數(shù)字電子技術(shù)的基本知識，對目前的數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展趨勢也有了一定的了解。同時(shí)，通過每次的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，我們在老師的指導(dǎo)下對各種常見的元器件芯片的引腳圖，功能表等有了淺顯認(rèn)識。但是，僅僅靠書本上的知識和實(shí)驗(yàn)中簡單的連線并不能提高我們的數(shù)字電子技術(shù)素質(zhì)，而這兩周的課程設(shè)計(jì)正好有助于提高我們的這門課的素質(zhì)。不同于我們正常的實(shí)驗(yàn)，課程設(shè)計(jì)重在設(shè)計(jì)，而不是簡單地認(rèn)識芯片和連線。課程設(shè)計(jì)使我們對自己所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)的內(nèi)容

7、有了一定的鞏固作用，讓我們認(rèn)識了更多的元器件芯片，而且提高了我們的獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)合作的能力，發(fā)散了創(chuàng)新思維。1.2設(shè)計(jì)要求本次課程設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器的設(shè)計(jì)，所要顯示的四花樣如下所示：第1種花樣為彩燈從右到左,然后從左到右逐次點(diǎn)亮,全滅全亮；第2種花樣為彩燈兩邊同時(shí)亮1個(gè)逐次向中間移動(dòng)再散開；第3種花樣為彩燈兩邊同時(shí)亮2個(gè)逐次向中間移動(dòng)再散開；第4種花樣為彩燈兩邊同時(shí)亮3個(gè),然后4亮4滅,4滅4亮,最后1滅1亮。要求多個(gè)花樣自動(dòng)變換,循環(huán)往復(fù)，時(shí)間間隔為1秒。2方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路 首先，分別將四個(gè)花樣設(shè)計(jì)出來，然后再將它們組合起來。具體來講，對于第一個(gè)花樣，選擇用三塊74

8、LS194移位寄存器來控制彩燈的移動(dòng)，同時(shí)用兩塊74LS90組成的23進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制移位寄存器的工作狀態(tài)控制端S0與S1以及清零端MR來實(shí)現(xiàn)第一種花樣及其循環(huán)；對于第二種花樣，選擇用一塊74LS90設(shè)計(jì)的9進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一塊74LS138的3-8譯碼器實(shí)現(xiàn)第二種花樣及其循環(huán)，其中計(jì)數(shù)器控制譯碼器的輸入端ABC；第三種花樣的原理和第二種花樣一樣，不過計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)為5進(jìn)制；對于第四種花樣，選擇了由一塊74LS90設(shè)計(jì)的5進(jìn)制計(jì)數(shù)器和四塊74HC151的8選1數(shù)據(jù)選擇器，通過計(jì)數(shù)器控制各個(gè)數(shù)據(jù)選擇器的三個(gè)數(shù)據(jù)選擇輸入端ABC來控制輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了第四種花樣的實(shí)現(xiàn)及其循環(huán)。四個(gè)花樣設(shè)計(jì)好了后，用由兩個(gè)74

9、LS90芯片設(shè)計(jì)的46進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制移位寄存器的清零端MR，第二，第三，第四個(gè)花樣的使能端E，用門電路控制后三個(gè)小花樣的計(jì)數(shù)器的輸入脈沖，最后再通過選通8個(gè)74HC573將四個(gè)花樣連到10盞燈上，從而完成了四花樣的組合。2.2方案設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)方案一電路圖圖2-1方案一電路圖方案一的設(shè)計(jì)原理如上述設(shè)計(jì)思路所述。2.2.2設(shè)計(jì)方案二的電路圖圖2-2方案二電路圖方案二采用了單片機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)四花樣的自動(dòng)循環(huán)切換。2.3方案比較 方案一采用的是數(shù)字電子技術(shù)原理來設(shè)計(jì)四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器，該方案設(shè)計(jì)原理符合邏輯，簡單易懂，用的芯片都是些常見的能靈活運(yùn)用的芯片。但是該方案要接的線比較多，耗時(shí)長，

10、容易接錯(cuò)，而且各個(gè)部分聯(lián)系緊密，有些潛在的聯(lián)系容易被忽略，從而會(huì)影響整個(gè)設(shè)計(jì)。 方案二的設(shè)計(jì)采用的是單片機(jī)原理，需要連的線比較少，圖紙簡潔，重在編程環(huán)節(jié)，而且編程也比較簡單，因而容易實(shí)現(xiàn)四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器的設(shè)計(jì)。但是，只看原理圖是不好理解設(shè)計(jì)思路的，尤其是在沒有學(xué)過單片機(jī)的情況下 ，方案二沒有方案一易懂。3部分電路設(shè)計(jì) 3.1花樣一的原理圖設(shè)計(jì)圖3-1花樣一的原理圖 花樣一左移要10秒，全滅1秒，右移10秒，全滅1秒，全亮1秒，循環(huán)一周需要23秒，所以選擇23進(jìn)制的計(jì)數(shù)器通過控制S0、S1和MR來實(shí)現(xiàn)花樣一。計(jì)數(shù)器由兩個(gè)74LS90設(shè)計(jì)而成，當(dāng)計(jì)數(shù)到0010 0011時(shí)清零，完成一次循

11、環(huán)。由于花樣一牽涉到燈亮的移動(dòng)，所以用移位寄存器來實(shí)現(xiàn)，由于一共10盞燈，則可以用三個(gè)四位的移位寄存器，通過SR、SL將這三個(gè)移位寄存器組合起來。當(dāng)MR為0時(shí)，輸出全為0，呈現(xiàn)的是10盞燈全滅的現(xiàn)象。在MR為1的前提下，若S0為0且S1為1，則實(shí)現(xiàn)的是左移，若S0為1且S1為0時(shí)，則實(shí)現(xiàn)的是右移，若S0和S1都為1則實(shí)現(xiàn)的是全亮，所以事先就該將三個(gè)移位寄存器的D0-D3全接高電平。計(jì)數(shù)從0000 0000到0000 1001是左移，從0001 0001到0010 0000是右移，當(dāng)計(jì)數(shù)到0001 0000和0010 0001時(shí)要求全滅，計(jì)數(shù)到0010 0010是要求全亮。然后尋找S0、S1、M

12、R和計(jì)數(shù)器數(shù)值的關(guān)系，用門電路表示出來，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器對S0、S1、MR的控制，從而可以控制該花樣的實(shí)現(xiàn)與循環(huán)。3.2花樣二的原理圖設(shè)計(jì)圖3-2花樣二的原理圖 在花樣二中，燈D1和D10的亮滅是同時(shí)的，D2和D9的亮滅是同時(shí)的，D3和D8同時(shí)亮滅，D4和D7亮滅同時(shí)，D5和D6亮滅同時(shí)，所以考慮將同時(shí)亮滅的燈用線連在一起，這樣便只需要五個(gè)輸出即可。由于燈循環(huán)一周需要9秒，所以采用由74LS90設(shè)計(jì)的9進(jìn)制計(jì)數(shù)器。設(shè)計(jì)中采用了一個(gè)74LS138的譯碼器，當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值為0000時(shí)輸出Y0的有效低電平，要使燈D1和D10亮則必須取非，同理，數(shù)值0001對應(yīng)于Y1且D2和D9亮，數(shù)值0010對應(yīng)于Y2

13、且D3和D8亮，數(shù)值0011對應(yīng)于Y3且D4和D7亮，數(shù)值0100對應(yīng)于Y4且D5和D6亮，數(shù)值0101對應(yīng)于Y5且D4和D7亮，數(shù)值0110對應(yīng)于Y6且D3和D8亮，數(shù)值0111對應(yīng)于Y7且D2和D9亮，數(shù)值1000對應(yīng)于Y0且D1和D10，數(shù)值1001時(shí)清零。可見，Y1和Y7可以與非到一起，Y2和Y6可以與非到一起，Y3和Y5可以與非到一起。按此法則可實(shí)現(xiàn)花樣二及其循環(huán)。3.3花樣三的原理圖設(shè)計(jì)圖3-3花樣三的原理圖 在花樣三中，燈D1、D2、D9、D10的亮滅是同時(shí)的，燈D3、D4、D7、D8的亮滅是同時(shí)的，燈D5、D6的亮滅是同時(shí)的，所以只需要將同時(shí)亮滅的燈連在一起，構(gòu)成三個(gè)輸出就好。

14、循環(huán)一周需要5秒，所以采用74LS90設(shè)計(jì)而成的5進(jìn)制計(jì)數(shù)器。設(shè)計(jì)中用了一塊74LS138的3-8譯碼器。同花樣二一樣，由于譯碼器輸出的是有效低電平，所以輸出必須取非才能是燈亮。當(dāng)計(jì)數(shù)器的數(shù)值是000時(shí)，Y0的有效低電平輸出且燈D1、D2、D9、D10亮，同理，數(shù)值001對應(yīng)于Y1且燈D3、D4、D7、D8亮，數(shù)值010對應(yīng)于Y2且燈D5、D6亮，數(shù)值011對應(yīng)于Y3且燈D3、D4、D7、D8亮，數(shù)值100對應(yīng)于Y4且燈D1、D2、D9、D10亮，數(shù)值101時(shí)清零。可見，Y0與Y4可以與非起來，Y1與Y3可以與非起來，按此接線則可以實(shí)現(xiàn)花樣三及其循環(huán)。3.4花樣四的原理圖設(shè)計(jì)圖3-4花樣四的原

15、理圖 在花樣四中，10盞燈的亮滅情況依次是1110000111,1111111111,1110000111，1111111111,0101010101，循環(huán)一周要5秒，所以采用74LS90設(shè)計(jì)而成的5進(jìn)制計(jì)數(shù)器。由燈的亮滅情況可知，D1、D3、D9亮滅情況完全相同且是11110，D2、D8、D10亮滅情況完全相同且是11111，D4、D6亮滅情況完全相同且是01011，D5、D7亮滅情況完全相同且是01010。可見，在知道每秒鐘各個(gè)燈的亮暗情況下，可以采用74HC151的8選1數(shù)據(jù)選擇器，其中亮滅情況完全相同的的燈泡連到一起并且接到同一個(gè)選擇器上，一共需要四個(gè)數(shù)據(jù)選擇器。同時(shí)將數(shù)據(jù)選擇器的各個(gè)

16、數(shù)據(jù)源X0-X7分別置數(shù)。按此接法即可看到花樣四及其循環(huán)。3.546進(jìn)制計(jì)數(shù)器的原理圖設(shè)計(jì)圖3-546進(jìn)制計(jì)數(shù)器的原理圖3.6各芯片引腳圖及真值表3.6.1移位寄存器圖3-6-1 74LS194引腳圖表3-6-1 74LS194的真值表3.6.2計(jì)數(shù)器圖3-6-2 74LS90的引腳圖表3-6-2 74LS90的真值表3.6.3譯碼器圖3-6-3 74LS138的引腳圖表3-6-3 74LS138的真值表3.6.4數(shù)據(jù)選擇器圖3-6-4 74HC151的引腳圖圖3-6-4 74HC151的真值表3.6.5八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器圖3-6-5 74HC573的引腳圖表3-6-5 74HC573

17、的真值表4調(diào)試與檢測4.1調(diào)試中故障及解決方法 由于設(shè)計(jì)中采用的芯片門電路比較多而且復(fù)雜，所以在連線這一塊上，常常會(huì)有所忽略，導(dǎo)致整個(gè)電路無法實(shí)現(xiàn)要求的彩燈切換花樣的變換。這時(shí)，就需要根據(jù)調(diào)試結(jié)果的推斷哪里接線出了問題并且仔細(xì)檢查改后的連線。在調(diào)試中，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)燈的亮暗不正常的情況，原因可能是出現(xiàn)了高阻態(tài)，這時(shí)可以通過調(diào)整與燈泡相連的電阻的阻值來解決問題。對于選通器件74HC153等不常見的元器件芯片功能的不了解可能會(huì)影響設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，這時(shí)我們可以通過上網(wǎng)查資料來了解芯片功能，以便更好地將可以簡化電路的芯片應(yīng)用到設(shè)計(jì)中。在調(diào)試中找不出出錯(cuò)的原因時(shí)，我們可以通過小組成員相互幫忙來解決問題。4.

18、2調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果將四個(gè)花樣的原理圖通過計(jì)數(shù)器及門電路組合后就可以進(jìn)行protues仿真了。部分仿真的結(jié)果如下所示：圖4-2-1 花樣一左移的效果截圖圖4-2-2 花樣一右移的效果截圖圖4-2-3 花樣一全滅的效果截圖圖4-2-4 花樣一全亮的效果截圖圖4-2-5 花樣二的效果截圖圖4-2-6 花樣三的效果截圖圖4-2-7 花樣四兩邊同時(shí)亮三個(gè)的效果截圖圖4-2-8 花樣四一亮一滅的效果截圖5仿真操作步驟及使用說明5.1各部件說明 D1-D10十個(gè)LED燈為顯示5.2操作說明點(diǎn)擊仿真按鈕后十個(gè)燈的亮暗情況如下所示，0-滅，1-亮花樣一：0000000001 0000000011 . 111111

19、1111 0000000000 1000000000 1100000000 1111111111 0000000000 1111111111全滅： 0000000000花樣二：1000000001 0100000010 0000110000 0001001000 1000000001全滅： 0000000000花樣三：1100000011 0011001100 0000110000 0011001100 1100000011全滅： 0000000000花樣四：1110000111 1111111111 1110000111 1111111111 0101010101全滅： 0000000000

20、如此再返回到第一個(gè)花樣，循環(huán)下去。結(jié)束語通過這兩周對四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器的設(shè)計(jì)，我對待問題的分析與解決能力有了很大的提高。由于我們在數(shù)字電子技術(shù)這門課上學(xué)的只是一些基礎(chǔ)知識，并沒有深入地學(xué)習(xí)過，所以在這個(gè)課程設(shè)計(jì)的元器件上，我們選的基本上是些常用的元器件芯片，設(shè)計(jì)原理簡單，但是設(shè)計(jì)起來很復(fù)雜，需要足夠的耐心和細(xì)心。在設(shè)計(jì)過程中我們還是遇到了好多問題，比如說，按我們的原理來設(shè)計(jì)，需要的芯片和門電路非常多，連線時(shí)常常會(huì)出錯(cuò)；用門電路將計(jì)數(shù)器和各個(gè)使能控制端聯(lián)系起來則需要仔細(xì)尋找規(guī)律，要化簡很多邏輯表達(dá)式，很耗時(shí)間；設(shè)計(jì)時(shí)需要用到少數(shù)不常見的芯片，則需要查找資料。盡管這個(gè)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目比較復(fù)雜，

21、設(shè)計(jì)起來很辛苦，但是這兩周忙碌的生活挺充實(shí)的。功夫不負(fù)苦心人，我們終于還是搞出來了。在獨(dú)立思考的同時(shí)，對于個(gè)人難解的問題我們小組互幫互助，互相交流，才使得設(shè)計(jì)圓滿完成。但是，本次設(shè)計(jì)中，我們用的方法很復(fù)雜，沒有創(chuàng)新特色，在創(chuàng)新思維上，我們有待提高。參考文獻(xiàn)1 祁存榮，陳偉.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（數(shù)字部分） 武漢理工大學(xué)教材中心2 梁宗善.新型集成電路的應(yīng)用-電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，華中理工大學(xué)出版社，2007.123 陳永甫主編.數(shù)字電路基礎(chǔ)及快速識圖.人民郵電出版社，2006.54 包亞萍主編.數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)技術(shù).中國水利出版社，20035 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版），高

22、等教育出版，2006.1附錄1個(gè)人方案附錄2小組方案附錄3小組程序代碼#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table1= 0x00, 0x01,0x02,0x04,0x08,0x10;uchar code table2=0x03,0x0c,0x10;uchar code table3=0x18,0x06,0x01;uchar code table4=0x01,0x03,0x07,0x0f,0x1f;uchar code table5=0x10,0x18,0x1c,0x1e,0x1f;void delay()uint x,y;for(x=500;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-); void main() uchar i; while(1) for(i=5;i>0;i-) P2=0x00; P3=table1i; delay(); for(i=5;i&g