电子线路设计与制作(五)

循环彩灯控制器的电路设计

设计者： 陈湘宝 赵静

一、设计要求

1、题目:循环彩灯控制器的电路设计

2、初始条件：

本次综合设计与制作，要求用数

字集成电路555、74LS74、74LS93、

74LS153、74LS164和其它器件实现

四花样循环彩灯控制电路。工作电源

Vcc为+5V电路组成框图。如图1所

示： 图1循环彩灯控制电路框图

3、主要任务:

（1）设计任务

根据已知条件，完成对四花样循环彩灯控制电路的设计、装配与调试。

（2）设计要求

① 设计一个四花样循环彩灯控制电路。共有8路输出，彩灯用LED代替。彩灯的第一种花样为彩灯一灭一亮，从左向右移动。第二种花样为彩灯两亮两灭，从左向右移动。第三种花样为彩灯四灭四亮，从左向右移动。第四种花样为彩灯1到8从左到右逐次点亮，又从左向右逐次熄灭。此后，自动变换，循环往复。 ② 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与完成对元件的选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用EWB软件完成仿真）

③ 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。

4、时间安排：

①、本学期第三周分班集中，作具体实施计划与要求说明，分发工具与器材。答疑地点和测试验收地点：鉴主5楼综合实验室③。时间为课余时间，实验室全天开放。

②、每个项目必须在两周内完成设计制作、调试与验收答辩。 ③、每个项目须写设计实验报告。

二、系统框图及方案论证

2.1、系统框图

本系统组成模块有：信号脉冲产生电路、控制脉冲产生电路、循环模式控制电路、16位分频计数器、数据选择器、移位寄存器及显示电路。系统框图如图

2.1所示。

图2.1方案系统框图

其中两个脉冲产生电路由555定时器构成多谐振荡电路实现；循环模式控制电路由74LS74双D触发器构成四位计数器供数据选择器通道选择使用；计数器、数据选择器、移位寄存器分别由74LS93、74LSl53、74LSl64实现。

2.2、方案论证

循环彩灯控制器电路原理图如图2.2所示。由NE555、17555接成多谐振荡电路。由74LS93接成16进制计数器，其4个输出端可分别输出对计数脉冲的2、4、8、16分频信号。74LS74是双D触发器，在这里接成两位2进制加法计数器。74LSl53是双4选l数据选择器，这里只用了它的一组4选1数据通道。74LSl64 是单向移位寄存器，它是产生移动灯光信号的核心器件。电路的VCC接+5V电源。电路图如下图2.2所示。

图2.2 系统总电路图

从NE555的3脚出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到74LS93的14脚；另一路作为移位时钟脉冲加到74LS164的8脚。调节104的滑变可改变NE555的振荡频率，可以改变灯光的移动速度，以得到不同的动态效果。

HA17555、74LS74、74LS153共同组成了一个电子开关。HA17555输出的计数脉冲经IC4两位二进制计数，在74LS74的两个输出端共可得到“00”~“11”4个逻辑状态。这4个状态作为IC5的4个数据通道选择信号，对应从74LS93输送到74LS153的QA、QB、QC、QD4个分频信号。其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。当74LS74输出为“00”时，选通74LS153的8脚；为“01”时，选定74LS153的5脚。调节205的滑变可改变HA17555的输出脉冲周期，可以改变开关的切换时间，用以选择每种花样出现时间的长短。

从74LS153第7脚输出的数据信号送到74LS164的输入端，在时钟脉冲作用下，数据在74LS164的8位并行输出端从Q0一Q7顺序移动。这一移动的8位控制信号供给8路彩灯，就出现了8路4花样自动循环切换的流水彩灯。

三、单元电路设计与参数计算

3.1、时钟脉冲产生电路

用555定时器构成多谐振荡器时,电路输出周期性的矩形脉冲,其周期为: T=0.7(R1+2R2)C………………………(3-1)

NE555用于控制十六位计数器74LS93和八

位移位寄存器74LS164,要能看到彩灯的流动,其

周期设为1秒左右, 电阻值和电容值可设为：

R1=1KΩ ， 调节R2为50KΩ， C=10μF

由公式（3-1）计算得：T=0.707S

电路图如图4.1所示:

NA17555用于控制彩灯循环方式的自动转换,

其周期设为十六计数器的20倍,可设为：

R1=30KΩ ， 调节R2为200kΩ ，C=47μF

由公式（3-1）计算得：T=14.147S 图3.1 时钟电路

3.2十六位分频计数器

根据循环彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即计数器电路要产生的码，如表3-1所示：

表3-1 四种编码

表3-2 十六进制计数器真值表

要产生这四种编码码，可由十六进制计数器四个输出直接产生。

3.3循环模式控制电路

要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地输出QA 、QB、QC、QD。因此需用双D触发器74LS74构成四进制计数器，Q0 Q1能产生00、01、10、11这四钟循环的状态，作为数据选择器的选择通道。

由74LS74双D触发器构成四进制计数器的原理图如图3.3所示：

图 3.3 双D触发器构成四进制计数器的原理图

3.4数据选择器

为将四种循环编码依次输出必须经74LS153四选一数据选择器实现，令Q0Q1=S0S1，74LS153数据选择器的功能表如表3-3所示：

表3-3 数据选择器功能表

由表3-3可知，数据选择器的地址输入端S0、S1循环转变，输出端Y循环选择四种码QA QB QC QD输出，使彩灯的四种花样自动循环改变。

3.5 移位寄存器

输出电路由八位移位寄存器74LS164和八个彩灯构成。寄存器的数据输入端接收数据选择器输出的四种编码，这四种编码分别在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，可循环输出四种彩灯花样。

当输入移位寄存器数据输入端的码为10101010时，清零后在移位脉冲CP

的作用下，寄存器数码移动情况如表3-4所示：

表3-4 寄存器数码移动情况表

由表3-4可看出，输入端中的数据，从寄存器的输出端QA在脉冲CP作用后依次传送到QH，使输出端所连接的彩灯一亮一灭从左向右移动。

当输入另外的三种编码时，移位寄存器的移动原理同上，在此省略。

四、组装调试及分析

1.调试使用的主要仪器: 数字万用表 直流稳压电源 示波器 2.测试电路的方法和技巧:

先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。

3.调试中出现的故障、原因及排除方法： （1）彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：

原因可能是双D触发器74LS74不能产生周期性的两位二进制码或是HA17555不能产生触发双D触发器的CP脉冲，使双D触发器维持在一种状态。可换一片好的74LS74芯片或检查HA17555的脉冲产生电路，看是否产生周期性的CP脉冲，使双D触发器产生四种循环的状态，彩灯就能四花样变化。

（2）彩灯无规律变化：

原因可能是四种码的产生电路不能产生符合要求的四种码，检查十六位计数器74LS93的CP脉冲是否稳定，看其是否能正常计数。再检查数据选择器及移位寄存器的连接是否正确。

（3）彩灯的四种花样都有，但中间有一些混乱的状态：

原因可能是数据选择器输出的两种码之间的间隔大于彩灯每一种状态持续的时间，使彩灯的一种花样完成后并没有进入另一种状态，当进入另一种状态时上一种状态的多余码进入下一个状态，故出现了混乱的状态。可改变双D触发器的CP脉冲，即改变多谐振荡器的电阻，使得一种花样完成后，数据选择器地址输入端状态改变，正好选择另一组码输出，彩灯花样改变。

五、元件清单

六、参考文献

1、谢自美等.电子线路综合设计.武汉:华中科技大学，2006.

2、康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.

3、康华光，邹寿彬.电子技术基础模拟部分（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.

第二篇：十路循环彩灯

电子制作选题报告

组员：罗昕、陈云乔

原理：

此电路是基于NE555时基芯片的十路循环彩灯电路。U2是一块十制计数/时序译码器CD4017数字集成电路，当CP端不断输入计数脉冲时，其输出端Q0-Q9将会依次输出高电平，从而使晶闸管VT1-VT10依次导通，此时灯EL1-EL10就会依次循环点亮，在视觉上便形形成了有流动感的图样。EL1-EL10采用彩灯构成的灯串，并将各灯串的电灯在空间上按一定的规律排列，形成丰富多彩的视觉效果。时钟脉冲发生器由NE555时基电路U1组成，我们采用它典型的无稳态工作模式，输出脉冲由3脚输出直接送入U2的CP端脚14脚，作为U2的计数脉冲，调节电位器RP可以调节其振荡频率，从而可改变彩灯串EL1-EL10的流动速率。

VT1-VT10用MCR100-8型塑封单向晶闸管。EL1-EL10用220V的彩色灯泡串，每组灯泡功率0.6W。C4采用CBB-400V型聚丙烯电容器。RP用WH5小型合成碳膜电位器，调节它的大小就能改变彩灯的流动速度，以适合人们的使用。

元器件名单与价钱：

电路图见附页

十路循环彩灯电路图