实验彩灯流水电路的设计

数字电子技术课程设计报告题目：专业：班级：学号：姓名：指导教师：设计日期：目录一、设计目的作用――――――――――――――（1）二、设计要求――――――――――――――――――（1）三、设计的具体实现―――――――――――――――（1）四、总结――――――――――――――――――（10）五、附录――――――――――――――― (11)六、参考文献――――――――――――――― (12)彩灯控制电路一.设计目的作用随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓灯。

由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。

二.设计要求1．控制红、绿、黄一组彩灯循环闪亮，变化的规律是：红→红绿→绿→黄绿→黄→全亮→全灭→红，如此循环，产生“流水”般的效果。

2．“流水”的速度由快到慢，再由慢到快循环变化。

三、设计的具体实现1、系统概述彩灯控制电路由三个模块构成，显示电路﹑秒脉冲电路和维持电路。

秒脉冲电路全程为电路提供矩形波信号使彩灯定时发亮；显示电路为维持电路提供电源：维持电路在显示电路部分提供电源的情况下为电路提供一段较长的高电平，使彩灯在全部变亮后保持一段时间。

同时结合显示电路部分所带元件（主要是74LS194）的性质，使彩灯从右到左依次由暗变亮，亮后维持一段时间，然后熄灭，并且不断重复。

设计及框图如下2、单元电路设计与分析(1)﹑秒脉冲电路图 1、秒脉冲发生电路本电路秒脉冲电路由一个集成的555定时器够成，当电源接通后，VCC通过对R1﹑R2向电容器充电。

电容上得到电压按指数规律上升，当电压上升到2/3VCC时，输出电压V0为零，电容器放电。

当电压下降到1/3VCC时，输出电平为高电平，电容器放电结束。

这样周而复始形成了振荡。

脉冲发生器由NE555与R1，R2，RP，C1，C2组成的多谐振荡器组成,它是为灯光流动控制器提供流动控制脉冲的，多谐振荡器的振荡频率可根据所需要的灯光流动速度，通过RP进行调节，由于RP阻值较大，所以有较大的调速范围。

目录摘要 (Ⅰ)1 理论知识准备 (1)2 方案论证 (2)2.1 备选方案 (2)2.2 方案选择 (5)3 电路设计 (7)3.1 选择器件 (7)3.1.1 555定时器 (7)3.1.2 74LS194移位寄存器 (8)3.2 功能模块 (10)3.2.1 时钟脉冲产生电路 (10)3.2.2 彩灯维持电路 (12)3.2.3 显示电路 (14)4 电路调试 (15)4.1 总体电路仿真 (15)4.2 电路布线 (16)4.3 电路调试结果 (17)心得体会 (18)参考文献 (19)1 理论知识准备本次做的彩灯循环控制其实也可以看成是不是用单片机而实现的流水灯电路，流水灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。

流水灯控制是可编程控制器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用。

循环彩灯控制可用多种方法实现，但对现代可编程控制器而言，利用移位寄存器实现最为便利。

通常用左移寄存器实现灯的单方向移动；用双向移位寄存器实现灯的双向移动。

控制程序中，关键在于数据移位方向的控制。

单方向控制的流水灯，使用左移寄存器可容易地实现。

如果流水灯的点亮顺序是双向的，则使用双向移位寄存器进行控制。

由于本次设计只是设计了单向的彩灯循环电路，所以彩灯控制电路由三个模块构成，显示电路﹑秒脉冲电路和维持电路。

秒脉冲电路全程为电路提供矩形波信号使彩灯定时发亮；显示电路为维持电路提供电源：维持电路在显示电路部分提供电源的情况下为电路提供一段较长的高电平，使彩灯在全部变亮后保持一段时间。

同时结合显示电路部分所带元件（主要是74LS194）的性质，使彩灯从右到左依次由暗变亮，亮后维持一段时间，然后熄灭，并且不断重复。

由于本次设计并不是很复杂，所以本设计只采用数字集成电路的555定时器和移位寄存器，产生相应的控制信号，从而控制彩灯的闪烁。

数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从Q0到Q7顺序移动。

16路流水彩灯课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握16路流水彩灯电路原理，包括电路组成、工作流程等。

2. 学生能运用所学的电子元件知识，正确识别并使用电阻、电容、二极管等元器件。

3. 学生能运用串并联电路知识，设计并搭建16路流水彩灯电路。

技能目标：1. 学生能够独立完成16路流水彩灯电路的搭建，提高动手实践能力。

2. 学生能够通过调整电路参数，实现流水彩灯的不同变化效果，培养创新思维和问题解决能力。

情感态度价值观目标：1. 学生在课程学习中，培养对电子技术的兴趣和热情，提高学习积极性。

2. 学生通过小组合作完成项目，培养团队协作精神，增强沟通与表达能力。

3. 学生能够关注电子技术在日常生活中的应用，认识到科技与生活的紧密联系，提高社会责任感。

课程性质：本课程为电子技术实践课程，注重理论联系实际，培养学生的动手能力和创新意识。

学生特点：六年级学生具备一定的电子元件知识和电路原理基础，好奇心强，喜欢动手实践。

教学要求：教师应引导学生主动探究，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力，使学生在实践中掌握电子技术知识。

教学过程中，关注学生的个体差异，给予个性化指导。

通过课程目标的分解，确保学生能够达到预期学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容本课程依据课程目标，结合教材内容，组织以下教学大纲：1. 电子元件知识回顾：复习电阻、电容、二极管等常用电子元件的原理与功能，为搭建16路流水彩灯电路打下基础。

2. 电路原理学习：讲解串并联电路的特点，引导学生理解16路流水彩灯电路的工作原理。

- 并联电路的电压、电流特点- 串并联电路在流水彩灯中的应用3. 流水彩灯电路设计：教授如何设计并搭建16路流水彩灯电路。

- 电路图绘制- 电子元件选型- 电路搭建方法4. 实践操作：学生分组进行16路流水彩灯电路的搭建与调试。

- 搭建电路- 调试电路，实现流水彩灯效果- 优化电路，调整变化效果5. 总结与展示：各小组展示搭建的流水彩灯，分享经验与收获。

摘要流水彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。

本次设计的流水彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。

本次课程设计要设计一个流水彩灯控制器〔用8只发光二极管显示，至少三种工作方式〕。

首先要分析设计要求，从要实现至少三种工作方式入手推导出要使用的芯片。

可通过八位右移寄存器74LS164实现八个彩灯的向右移动，从它的右移输入端控制来实现它的流水彩灯的变化。

要控制流水彩灯的变化，可通过一个八位拨码开关，八选一数据选择器74LS151，模十六加法计数器74LS161来实现。

时钟信号由一个555产生，产生周期可由一个滑动变阻器控制。

而彩灯的变化可由拨码开关自行选择。

经实验验证，所设计的流水彩灯控制器能完成题目要求。

关键词 : 时钟脉冲；分频；移位寄存器；数据选择器；拨码开关；目录摘要 (1)1设计课题与要求 (3)1.1设计方案选择 (3)2 系统模块组成 (4)2.1系统组成框图 (4)2.2各模块的组成与功能分析 (4)3 单元电路设计与计算 (5)3.1时钟脉冲产生电路 (5)3.2单种码产生电路 (7)3.3拨码开关控制电路 (8)3.4输出电路设计 (10)4 整机电路设计 (12)整机电路工作原理 (10)5 组装调试 (13)5.1仿真过程 (15)6 总结 (15)结论 (16)参考文献 (16)附录1 流水彩灯控制器原理总图 (17)附录2 PCB总图 (17)附录 2 元器清单 (18)1 设计课题及要求〔一〕题目：流水彩灯控制器〔二〕基本要求：1、用8只发光二极管显示。

2、至少三种工作方式。

1.1 方案选择利用数字芯片实现。

用555做时钟信号，用模十六加法计数器74LS161的输出端的最高位Q3，模十六加法计数器74LS161的输出端的Q1Q2Q3接到八选一的数据选择器74LS151的选择控制端。

74LS151的八个输入端都接到八位拨码开关，由拨码开关和控制端控制输出端，输出端接到移位寄存器74LS164的输入端。

课程设计说明书题目：基于NE555 + CD 4017流水彩灯的设计与实现摘要当今的社会是一个新技术层出不穷的时代，科技迅速发展，在电子领域的发展更是迅速，同时也在影响着我们的生活。

随着人民生活水平的提高，流水灯在现实生活中所起的作用越来越重要。

例如：在人流拥挤繁忙的交通路段，闪烁着的流水交通灯，提醒着我们要遵纪交通规则，在霓虹闪烁的繁华大街上，闪烁的流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在一些大型商场大厦的自动门上都装有自动流水灯，告诉人们的时间和日期。

流水灯的设计要求在预定的时间到来时，会产生一个控制信号控制LED灯的流向、间歇等，LED灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控、流向控制功能等。

主要参考数字电路中计数器的原理。

NE555振荡器的作用等相关知识在设计的过程中需要了解相关芯片（CD4017、NE555）的具体功能。

关键词：流水灯；NE555振荡器；CD4017；电子线路目录1 绪论 01.1 背景 01.2 设计课题的任务 02 设计方案简述 02.1 方案的原理 02.2 方案的总体框图 (1)3 单元模块设计 (1)3.1 NE555时基电路 (1)3.1.1 NE555芯片 (2)3.2 译码电路 (3)3.2.1 CD4017芯片 (3)4 设计的总方案 (4)4.1 设计要点 (4)4.2 方案总体电路图 (4)4.3 元件清单.......................................... 错误!未定义书签。

4.4 PCB图 (6)5 电路的调试 (6)5.1 电路板调试 (6)5.2 遇到的问题及其处理 (7)6 设计的总结 (7)参考文献 (8)附录 (10)1 绪论1.1 背景随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，彩灯已经成为各个大小节日、各种宴会场合的必备娱乐用品，它不但可以发出不同颜色的灯光来点缀场地，还可以调动起现场人们的情绪，使宴会的气氛上涨。

第一章多功能流水灯的设计方案1.多功能流水灯的设计方案及框图1.1 基本要求设计方案1) 设计一个多功能彩灯流水控制电路。

其主要部分实现定时功能，即在预定的时间到来时，将如何产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等。

2) 通过利用中规模集成电路中可逆计数器、译码器和定时器来实现正逆流水功能，并利用组合电路实现自控、手控、流向控制等功能。

1.2 提高设计方案1) 本次设计的电路只具有单向流水的功能，即正向流水和逆向流水两个功能，可以通过改变电路来实现多向流水的功能，即流水灯的流向可以通过电路的改变而改变。

2) 本次设计的流水灯电路只使用了一个芯片CD4017，可以通过增加芯片CD4017的个数，使流水灯的流向更加美观。

3) 在考虑流水灯单向和多向流水的功能的同时，可以采用更多的CD4017芯片和发光二极管来实现流水灯的闪烁，即由流水灯组合成各种图案，在流水灯发光的同时，闪烁各种美观旋律的图案。

1.3 设计框图基本原理设计框图如下图(1)所示第二章多功能流水灯设计方案单元模块电路设计2.多功能流水灯电路的设计2.1 多功能流水电路原理电路图设计的多功能流水灯原理电路图如上图所示。

原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。

在设计电路时，本次选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3组成的多谐振荡器组成。

主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器RP进行调节。

由于RP的阻值较打，所以有较大的速度调节范围。

灯光流动控制器由一个进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。

CD4017的cp端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端(Q0~Q9)将输入脉冲按输入顺序依次分配。

输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。

12个电阻与CD4017的10个输出端Q0~Q9相连，当Q0~Q9依次输出控制脉冲时6个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。

彩灯流水电路(流水灯)的设计对于彩灯流水电路的设计，我们一般采用LED流水灯的形式。

LED流水灯的原理是通过输入一个时钟信号，来控制LED灯的亮灭顺序，从而实现LED灯的流水效果。

下面就以一个8位LED流水灯电路为例，来分步骤介绍如何进行彩灯流水电路的设计。

1. 材料与元器件的准备该8位LED流水灯电路所需要的材料与元器件如下：（1）芯片：AT89C51（2）时钟：11.0592MHz（3）LED数码管：8款（4）电阻：九个330欧姆电阻（5）电容：两个22pF陶瓷电容（6）稳压管：7805（7）热熔胶枪（8）面包板2. 电路原理图设计接下来，我们需要根据电路的设计要求，来进行电路原理图的设计。

如下图所示，该电路原理图包含了AT89C51芯片、时钟、稳压管、电容以及LED数码管等元器件。

其中，AT89C51芯片作为电路的主控制芯片，时钟则用来控制电路的工作频率。

LED数码管则是用来实现LED灯的罗列效果。

3. 电路焊接装配电路原理图完成后，进入电路焊接与装配环节。

首先，我们需要将元器件逐一地焊接在面包板上。

这里，我们需要注意焊接的顺序和脚位。

接着，将电路连线固定在面包板上，然后接上电源线，即可启动LED数码管。

4. 代码编写最后，我们需要编写AT89C51芯片的代码。

该代码用来控制LED数码管的流水效果。

该代码的编写需要考虑以下几个方面：（1）如何将LED数码管控制程序放入芯片中？（3）如何实现不同的流水显示模式？（4）如何使用时钟来控制LED数码管的刷新速度？经过以上步骤的设计后，我们便可成功地制作出一款功能完善的彩灯流水电路产品。

如需实现更高级别的彩灯效果，还需不断探究和创新。

目录1.技术要求 (1)2.设计方案及其比较 (1)2.1方案设计要求 (1)2.2基本原理 (1)2.2.1原理概括 (1)2.2.2主要元器件简介 (1)2.3方案一 (5)2.3.1方案原理 (5)2.3.2软件仿真 (6)2.4方案二 (7)2.4.1 方案原理 (7)2.4.2 软件仿真 (8)2.5方案三 (8)2.5.1 方案原理 (8)2.5.2 软件仿真 (10)2.6方案比较 (11)2.6.1方案元件比较 (11)2.6.2方案功能比较 (11)2.6.3方案可实现性比较 (11)3.实现方案 (12)3.1方案元件 (12)3.2方案原理 (12)3.2.1谐振模块 (13)3.2.2计数模块 (14)3.2.3译码模块 (14)3.2.4发光电路 (15)3.3实现过程 (15)3.4小结 (16)4.调试过程及结论 (16)4.1调试过程 (16)4.2结论 (16)5.心得体会 (16)6.参考文献 (17)圈式流水灯电路的设计1.技术要求设计一种利用发光二极管作为流水灯指示,实现连接成圆圈式的发光二极管依次循环点亮形成移动的光点,要求可以实现流水灯的循环时间可以调节。

2.设计方案及其比较2.1方案设计要求（1）按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；（2）掌握计数、译码、控制及显示电路的工作原理及其电路结构，以NE555时基集成电路、74LS161和74LS138为主，设计一种圈式流水灯电路（实现方案）；2.2基本原理2.2.1原理概括圈式流水灯电路主要包括两部分电路，第一部分电路产生矩形脉冲波，该部分电路可由555定时器构成多谐振荡器产生。

第二部分电路实现选通发光二级管的功能，通过计数器和译码器实现圈式排列的灯循环闪亮，该部分电路的实现可采取多种方案。

由于555定时器产生矩形脉冲的周期取决于外接电阻和电容，所以流水灯发光时间的调节可以通过改变第一部分多谐振荡电路外接电阻阻值或电容大小实现，也可以通过改变第二部分电路的频率即进制来实现。