潍坊学院
专业课综合课程设计说明书基于PLC的花样彩灯控制系统设计
系部：
专业：
班级：
学生姓名: 学号:
2013年10月16日
目录
摘要 (1)
1 前言 (2)
2 PLC概述 (3)
2.1 PLC的定义 (3)
2.2 PLC的发展历程 (3)
2．3 PLC的特点 (3)
2.3.1 高可靠性、抗干扰能力强 (3)
2.3.2 丰富的I/O接口模块 (4)
2.3.3 配套齐全、功能完善、适用性强 (4)
2.3.4 易学易用，深受工程技术人员欢迎 (4)
2.3.5 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 (4)
2.3.6 体积小，重量轻，能耗低 (4)
2．4 PLC的应用领域 (5)
2．5 三菱PLC-FX2N系列可编程控制器简介 (6)
3 设计任务与要求 (7)
4 花样彩灯方案设计 (8)
4．1 彩灯常见的工作模式 (8)
4．2 确定输入输出设备，选择PLC类型 (8)
4．3 确定I/O分配表 (8)
5 系统硬件设计 (9)
5．1 PLC选型 (9)
5．2 组成原理 (10)
5．3 PLC外部接线原理图 (10)
6 软件设计 (11)
6．1 初始化程序 (11)
6．2 主控输出程序 (12)
6．3 系统调试方法 (12)
6．4 系统调试及结果分析 (13)
7 小结 (15)
参考文献 (16)
摘要
随着科学技术的飞速发展，在现代生活中，彩灯作为一种景观应用越来越多。针对PLC日益得到广泛应用的现状，文章介绍了PLC对大型演出现场的彩灯进行控制，并给出其PLC控制系统的接线图和梯形图程序设计。该设计具有可编程性、线路简单、可靠性高等特点，提高了系统的灵活性及可扩展性，包括对变换类负载、舞台流水灯、大型标语牌底色流水灯的控制，以营造良好的现场灯光氛围，并且便于起停、控制、检修，节约人力物力。仿真结果验证了该设计的实用性。
关键词：PLC，彩灯控制，设计，仿真
1 前言
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虹灯。各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多采用霓虹灯管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。LED彩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成为一种时尚。这些灯的控制设备大多数用全硬件的数字电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需求来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。本文介绍PLC在彩灯控制中的应用，灯的亮灭、闪烁时间及流动方向的控制均通过PLC来达到控制要求。
在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过PLC控制。流水灯负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形。变幻灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地花样变化，但频率不高。流水灯及变幻灯均适宜采用PLC控制。
2 PLC概述
2.1 PLC的定义
Programmable Logic Controller 简称为PLC，即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
2.2 PLC的发展历程
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。
PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为
30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.
2．3 PLC的特点
2.3.1 高可靠性、抗干扰能力强
（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.
（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
（4）采用性能优良的开关电源。
（5）对采用的器件进行严格的筛选。
（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2.3.2 丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
2.3.3 配套齐全、功能完善、适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
2.3.4 易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
2.3.5 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
2.3.6 体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅
数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2．4 PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，大致可归纳为如下几类。
1.开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
2.模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
5.数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
6.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
2．5 三菱PLC-FX2N系列可编程控制器简介
日本三菱可编程控制器分为F、F1、F2、FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2N、FX2NC 等几个系列，其中F系列是早期的产品，现已停产，FX2系列PLC是1991年推出的产品，是加强型的小型机，是整体式和模板式相结合的叠装式结构，有一个16位微处理器和一个专门逻辑处理器，其执行速度为0.00048ms/步，是目前运动速度最快的小型PLC 之一。FX2N是三菱公司的近期产品，按叠装式配置，是日本高性能小型机中的代表作。三菱公司生产A系列PLC，这是一种中大型模块式机种。
（1）型号命名方式
可编程控制器型号命名的基本格式如图2.1所示
图2.1 可编程控制器型号命名的基本格式
FX
特殊品种的区别
输出方式
单元类型
I/O总点数
系列序号
特殊品种类别：D──DC电源，DC输入；A1─AC电源，AC输入，2A/1点，
输出方式：R─继电器输出；S─晶闸管输出；T─晶体管输出。
单元类别：M─基本单元；E─扩展单元。
I/O总点数:14─256,序号：0 2 0N 2C 2N,即：FX0 FX2 FX0N FX2C FX2N.例如，FX2N──48MR型号的含义为：FX2N系列；I/O总点数为48点；基本单元；继电器输出型。
（2）FX2N系列PLC的基本构成
FX系列PLC又分为4个大类，即FX0 FX2 FX2C FX2N系列，PLC是由基本单元，扩展单元及特殊单元构成的。基本单元包括CPU 存储器 I/O和电源；扩展单元是扩展I/O 点数的装置，内有电源；扩展模块用于增加I/O点数和改变I/O点数的比例，内部无电源，由基本单元和扩展单元供给。扩展单元和扩展模块内无CPU，必须与基本一起使用。特殊功能单元是一些特殊用途的装置。
3 设计任务与要求
某大型晚会现场设有长明灯10组、变幻灯8组、舞台流水灯15组、标语牌底色流水灯15组。变化规律如下:
⑴变幻灯周期为60 s，8路负载接通规律（如表3.1所示）：
表3.1变幻灯通断规律表
时间区
负载8 负载7 负载6 负载5 负载4 负载3 负载2 负载1 间
0-10s 1 1 0 0 1 1 0 1
10-20s 1 0 1 1 0 0 1 1
20-30s 0 1 1 0 1 1 1 0
30-40s 1 0 0 0 1 1
40-50s 0 0 1 0 1 0 1
50-60s 1 0 0 1 1 0 1 0
⑵舞台流水灯有1 s和l ms两种流动速率，正、反两种流动方向，有双灯6间隔、3灯5间隔、4灯4间隔三种流动组合方式。
⑶标语牌底色流水灯速率为l ms,工作方式为正向，亮至全亮，熄灭2 ms后,反向单灯流动1周,熄灭2 ms后，从中间向两侧分别点亮至全亮后，熄灭2 ms,如此循环。
4 花样彩灯方案设计
4．1 彩灯常见的工作模式
在彩灯的应用中，装饰灯，广告灯，布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过 PLC控制。流水灯负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形。变幻灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地花样变化，但频率不高。流水灯及变幻灯均适宜采用PLC控制。
4．2 确定输入输出设备，选择PLC类型
该彩灯系统长明灯不需经过PLC控制，变幻灯及流水灯采用PLC控制。需设置总启动、停止按钮各1个，流水灯流动速率开关l个，流动方向开关l个，流动组合方式开关3个，输入信号共7个；输出有变幻负载8组，舞台流水灯及标语牌底色灯各15组。
考虑输入信号较少，而输出负载多，选择PLC基本单元FX2N一16MT，可提供8输入8输出，另配置输出扩展模块FX2N一16EYT两台，由PLC基本单元供电。灯组均通过无触头开关模块控制。
4．3 确定I/O分配表
根据控制要求,输入及输出设备端口分配（如表4.1所示）：
表4.1 I/O端口分配表
输入输出
输入设备输入端口输出设备输出端口
启动按钮SB1 X0 变幻灯负载1—8 Y0-Y7
停止按钮SB2 X1 舞台流水灯Y10-Y17 流水灯速度开关S1 X2 舞台流水灯Y20-Y27 流水灯刘翔防线开关S2 X3 标语牌底色流水灯Y30-Y37 舞台流水灯方式1开关S3 X4 标语牌底色流水灯Y40-Y47 舞台流水灯方式2开关S4 X5
舞台流水灯方式3开关S5 X6
5 系统硬件设计
自动化系统所使用的各种类型PLC中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。PLC控制系统的硬件设计主要是指硬件选型，近十几年来，国内外众多厂家提供了多种系列、功能各异的PLC产品，已有几十个系列、几百种型号。PLC品种繁多，其结构形式、性能、I/O点数、用户程序内存容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格各有不同，使用场合也各有侧重。因此，PLC的合理选择，，对提高PLC控制系统的技术、经济指针以及对于控制系统都有着重要作用。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
5．1 PLC选型
PLC的主要国外生产厂家包括美国的Rock-well公司、德国的西门子公司、日本的三菱公司和欧姆龙公司。
我国有不少厂家研制和生产过PLC，近年来国产PLC有了很大的发展，但我国使用的PLC主要还是国外的品牌的产品。考虑到国外产品的成熟性好，并且本次课程设计只需属小型系统，故采用三菱公司的FX系列小型PLC。
表5.1 FX1N ，FX1S与 FX2N的基本性能
项目FX1N FX1S FX2N
I/O设置与用户选择有
关，最多128点
与用户选择
有关，最多30点
与用户选择
有关，最多256点
100ms定时器T0~T62，63点T0~T199，200
点T0~T199，200点
通用辅助继电器M0~M383，384
点M0~M383，384
点
M0~M499，500
点
指令MOV 有有有ROR 无无有ROL 无无有
在编程当中需要用到ROR和ROL指令，由表2.1可知只有FX2N系列满足要求，故选用F X2N系列的PLC。其次在编程当中需要用到MOV HFF00 K4Y0指令，所以需要用到16个输出口，综上所述选用FX2N-32MR系列的PLC。
5．2 组成原理
PLC彩灯控制编程采用指令控制，采用PLC能充分利用它的优点。在这里我们采用三菱公司的FX2N-16MT系列的可编程控制器，它吸收了整体式和模块式PLC的优点，安装比较方便，它的基本指令执行时间为0.08μs 每条指令，内置的用户存储器为8K步，可以扩展到16K步。FX2N-16MT系列的可编程控制器，输入点数为8，输出点数为8。编制梯形图，并进行仿真和调试。综上，得到硬件配置如表5.2所示
表5.2 硬件配置表
名称数量
DC24V电源 1
PC/PPI编程电缆 1
FXGP-WIN-C编程软件 1
PC机 1
输出显示灯8
5．3 PLC外部接线原理图
根据I/0端口分配表,系统接线图如图1所示：
图1 彩灯控制系统接线图
6 软件设计
由PLC控制的彩灯有三类：变幻灯、舞台流水灯及标语牌底色流水灯。其变化周期1 ms、1 m分别由PLC内部特殊辅助继电器M8012、M8013控制。流水变化采用传送指令、移位指令实现。
6．1 初始化程序
图2 初始化程序
系统运行初始化程序如图2所示，依次为启停控制、变幻灯初始化、舞台流水灯组合方式选择、标语牌底色灯初始化程序。
6．2 主控输出程序
系统输出控制采用主控指令编码，如图3所示，依次为：变换负载输出、舞台流水灯方向及速度控制、标语牌底色控制程序。
图3 主控输出程序
6．3 系统调试方法
调试是软件开发过程中最艰巨的脑力劳动，调试开始时，软件开发者仅仅面对着错误的征兆，然而在问题的外部现象和内在原因之间往往并没有明显的联系，在组成程序的密密麻麻的元素中，每一个都可能是错误的根源。如何能在浩如烟海的程序元素中找到有错误的那个（或几个）元素，这是调试过程中最关键的技术问题。本设计
中调试的方法主要是设置断点跟踪。使用断点跟踪可以找到程序的出错位置，缩小查找错误的范围，提高调试的效率。调试的任务是及时改正测试过程中发现的软件错误。具体地说，调试过程由两个步骤组成，它从表示程序中存在错误的某迹象开始，首先确定错误的准确位置，也就是找出哪个模块或哪个语句引起的错误。然后仔细研究推断代码以确定问题的原因，并设法改正。当然更重要的还是调试的策略。调试的策略主要有以下几种方法：
1.试探法
调试人员分析错误征兆，猜想故障的大致位置，然后使用调试的技术获取程序中被怀疑的地方附近的信息。这种策略通常是缓慢而低效的。一般不被采用。
2.回溯法
回溯法是调试人员检查错误征兆，确定最先发现“症状”的地方，然后人工沿程序的控制流往回追踪源程序代码，直到找出错误根源或确定故障范围为止。回溯法对小程序而言是一种比较好的调试策略，但是对于一些大规模的程序来说，就不适合用此方法了。
3.对分查找法
如果知道每个变量在程序内若干个关键点的正确值，则可以用赋值语句或输入语句在程序中点附近“注入”这些变量的正确值，然后检查程序的输出。如果输出结果是正确的，则故障在程序的前半部分；反之，在后半部分。对于程序中有故障的那部分再重复使用这个方法，直到把故障范围缩小到容易诊断的程度为止。
4. 归纳法
所谓归纳法就是从个别推断一般的方法，这种方法从线索出发，通过分析这些线索之间的关系而找到故障。
5.演绎法
是从一般原理或前提出发，经过删除和精化的过程推导出结论。用演绎法调试开始时先列出可能成立的原因或假设，然后依次地排除列举出的原因。最后，证明剩下的原因是错误的根源。
6．4 系统调试及结果分析
硬件调试：接通电源，检查三菱FX2N-16MT（如图6.1所示）可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。
软件调试：按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，进行下一步的调试。
运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开三菱FX2N-16MT可编程控制器的“RUN”按钮。进行调试；按下启动按钮，观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行。系统停止运行后，按下启动按钮，看是否可以重新运行。
根据以上的调试情况，本彩灯循环点亮的PLC控制系统设计符合要求。
图6.1 FX2N-16MT外观图
7 小结
通过不懈的努力，我们终于利用PLC对大型演出现场的彩灯进行控制，包括对变换类负载、舞台流水灯、大型标语牌底色流水灯的控制，以营造良好的现场灯光氛围，并且便于起停、控制、检修，节约人力物力。
经调试运行，该设计应用PLC输出信号去控制彩灯工作，使得产品性能稳定，安装方便、操作简单易行。如果用户需要更改系统的亮灯模式，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序就可以实现不同控制要求。
随着科学技术发展的日新月异，PLC技术已经成为了我们生活中的一部分，几乎可以说是无处不在。对于学习PLC知识的我们，此次课程设计很好的培养了我们学生综合运用所学知识，发现和解决问题以及锻炼实践的能力。只有在实践中多去操作，不言弃、不急躁，迎难而上，多总结经验，多尝试，才能将专业知识学得更好，才能学以致用，才能达到学习的真正目的。
参考文献
[1] 童师白.华成英.模拟电子技术基础，第三版. 北京:高等教育版社，2001
[2] 阎石.数字电子技术基础，第四版.北京：高等教育版社，1998
[3] 郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术[M].南京：东南大学出版社，2004.1.
[4] 程子华.PLC原理与编程实例分析[M].北京：国防工业出版社，2007.1.
[5] 钟肇新，范建东，冯太合.可编程控制器原理及应用，第四版.广州：华南理工大学出版社，2008.2.
[6] 唐进.PLC在彩灯控制中的应用[J].电子技术，2009（6）.
[7] 陈立定.电气控制与可编程控制器.广州:华南理工大学出版社,200l.
[8] 魏志精. 可编程控制器应用基础，电子工业出版社.，2006
[9] 华满香.电气控制及PLC应用（三菱系列）[M].北京:北京大学出版社.2009.
[10]肖峰. 贺哲荣. PLC编程100例[M]. 北京：中国电力出版社，2009.
专业课综合课程设计成绩评定表学生姓名院/系部信息与控制工程学院专业年级级班
指导教师意见：
成绩：签名：
年月日
实验5 彩灯控制电路 一、实验目的 1. 掌握彩灯控制电路的设计和实现； 2．综合运用所学器件进行简单电路的设计； 3．熟练掌握74LS00、74LS86、74LS90、74LS138的综合应用。 二、实验设备 1、函数信号发生器 2、数字双踪示波器 3、集成电路：74LS00 4、集成电路：74LS86 5、集成电路：74LS90 6、集成电路：74LS138 7、发光二级管、电阻、开关等 三、实验内容 1、彩灯控制电路要求控制4个彩灯； 2、两个控制信号：S1S0= 00 灯全灭； S1S0=01 右移，循环显示； S1S0=10 左移，循环显示； S1S0=11 灯全亮。 四、实验结果 1.彩灯控制电路简单的系统框图介绍： ↓ ↓
↓ 2.详细设计思路： S1S0每个状态下4个彩灯有四种状态变化，用74LS90产生脉冲，按照四进制接法，接入74LS138作为74LS138芯片的驱动信号，然后进行译码操作，从而实现彩灯的控制电路的设计，下面列出该实验的真值表 其中：QA、QB为74LS90的输出端，G1为74LS138的控制端，A、B、C为输入端，Y0-Y7为输出端，X0、X1、X2、X3为四个彩灯的状态显示，0表示灭，1表示亮。 3.彩灯控制电路逻辑真值表： 彩灯控制电路的真值表
4.由此可以得到相应的逻辑关系如下： C=S1 B=QA A=QB G1=S1⊕S0 X0=Y0+Y4+S1S0 X1=Y1+Y7+S1S0 X2=Y2+Y6+S1S0 X3=Y3+Y5+S1S0 5.实验仿真电路图如下所示： (1)其中函数信号发生器设置为方波，1Hz； (2)开关S1中上面为S1，下面为S0，左拨为0，右拨为1； (3)四个彩灯使用红色发光二极管显示，从左到右的循环等价于图中从上到下的循环，从右到左的循环等价于图中从下到上的循环显示，另外每个二极管各添加了一个500欧的电阻来限制电流，防止二极管烧坏。
《国外电子元器件》２００8年第 9期 消费电子 基于 Multisim10的四路彩灯控制系统设计与仿真 连晋平 1，黄军仓 2 （1.肇庆学院，广东肇庆 526061; 2.西安财经学院，陕西西安 710061） 摘要 : Multisim10是目前各种电子电路辅助分析与设计软件中最优秀的软件之一 ,该软件具有模拟和数字电路的设 计、分析、仿真功能。提出了一种基于 Multisim10的四路彩灯控制系统设计与仿真方法，并在实际中得到了测试和应用。 关键词:电子电路；控制系统／辅助分析；辅助设计；四路彩灯 中图分类号 : TP391.72, TM923文献标识码：A文章编号：1006－6977（2008）09-0043-02 Design and simulation on control system of four path lights based on Multisim10
LIAN Jin-ping1, HUANG Jun-cang2 (1.Zhaoqing University，Zhaoqing 526061, China; 2.Xi’an Finance & Economics College, Xi’an 710061，China) Abstract:Multisim10 is one of the most excellent software about analysis and design on electronic circuit.It is used to de- sign,analyse and simulate digital circuit and
课程设计(论文) 题目名称8个彩灯控制电路设计 课程名称单片机原理及接口技术 学生姓名何辉 学号0941201058 系、专业电气工程系测控类 指导教师杨波 2011年6 月25 日
邵阳学院课程设计（论文）任务书 年级专 业 09级电气工程系学生姓名何辉学号0941201058 题目名称8个彩灯控制电路设计计时间2011年6月7日—2011 年7月3日 课程名称单片机原理及在 电气测控学科中 的应用 课程编号121200105 设计地点 数字控制与PLC实验 室\创新实验室 （214）（305） 一、课程设计（论文）目的 通过课程设计，进一步熟悉和掌握AT89S51单片机的结构及工作原理，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解表关电路参数的计算方法。通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用系统的全过程，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。为今后从事相应打下基础。 二、已知技术参数和条件 1、系统电路的构成用AT89S51单片机和中规模集成芯片，及电子元件。 2、WA VE 软件或KEIL 软件编译 三、任务和要求 任务： 用AT89S51单片机设计设计一个8个彩灯控制电路。 要求： 1 从左到右排列，编号为1～8号。系统启动后，灯管点亮的顺序依次为：1号→2 号→3号→...→7号→8 号，时间间隔为1S。8根彩灯全亮后，持续10S。然后按照8号→7号→6号→...→2号→1号的顺序依次熄灭，时间间隔为1S。灯管全部熄灭后，等待2S，再从8号灯管开始，按照8号→7号→6号→...→2号→1号的顺序依次点亮，时间间隔为1S。全部点亮后持续20S，再按照1号→2号→3号→...→7号→8号的顺 序熄灭，时间间隔仍为1S。灯管全部熄灭后，等待2S，再重新开始上述过程的循环。 2、用proteus仿真 注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效； 2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
课程名称：数字电路逻辑设计 设计项目：四路彩灯显示系统设计专业班级：通信学号： 学生姓名： 同组人姓名： 指导教师：
设计课题：四路彩灯显示系统设计 一、 设计目的 1、 熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。 2、 掌握技术、译码电路的工作原理及应用。 3、 熟悉移位寄存器的工作原理、典型应用和调试方法。 二、 设计任务与要求 设计一个四路彩灯控制器,设计要求如下： （1） 接通电源后，彩灯可以自动按预先设置的程序循环闪烁。 （2） 设置的彩灯花型由三个节拍组成： 第一节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮，灯亮时间1s ，共用4s ； 第二节拍：四路彩灯从右向左逐次渐灭，也需4s ； 第三节拍：四路彩灯同时亮0.5s,然后同时变暗,进行4次,所需时间也为4s 。 （3）三个节拍完成一个循环，一共需要12s 。一次循环之后重复进行闪烁。 三、设计原理 图(a)四路彩灯控制流程图 四路彩灯即有四路发光二极管输出，设依次为d Q 、c Q 、b Q 、a Q ，若用高电平“1”表示灯亮，低电平“0”表示灯灭，由课程设计要求可知四路彩灯显示系统有如下表所示的输出
显示。 四路彩灯输出显示 说明 输出 所用时间d Q c Q b Q a Q 开机初态0 0 0 0 第一节拍逐次渐亮1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1s 1s 1s 1s 第二节拍逆序渐灭1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1s 1s 1s 1s 第三节拍同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 分析可知，要实现上表所示功能，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，每4s一个节拍，3个节拍共12s后反复循环。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮、渐灭、同时亮、同时灭等功能。
桂林电子科技大学信息科技学院《数字逻辑电路》实训报告 学号 1051100425 姓名 指导教师：邹老师覃老师 2010 年 07 月 13 日
多路彩灯控制电路 1.整机设计 1.1 设计要求 （1）功能要求：八个彩灯用8个放光二极管代替； （2）设置外部操作开关，它具有控制彩灯亮点的右移、左移、全亮及全灭等功能； （3）彩灯亮点移动时间间隔取1秒； （4）彩灯的布图形状随意； （5）让学号的最后两位编码点亮相应的灯，能实现循环左右移，可控制彩灯亮灭速度 1.1.1 设计任务 通过查找资料设计彩灯的原理图﹑PCB图使其能实现全亮﹑全灭﹑左移﹑右移等功能，让学号的最后两位编码点亮相应的灯，能实现循环左右移，可控制彩灯亮灭速度 1.1.2 性能指标要求 彩灯亮点的时间间隔为1秒，占空比为50% 1.2 整机实现的基本原理及框图 1.2.1 基本原理 通过两片集成双向移位寄存器74LS194和拨码开关控制右移﹑左移和一个拨码开关进行预置端让其全亮﹑全灭和一个由555芯片构成的CP产生电路其主要原理框图如下： 1.2.2 总体框图 总体框图 2．各功能电路实现原理及电路设计 （1）彩灯演示电路 2片移位寄存器74LS194级联实现。其八个输出信号端连接八个300欧电
阻（保护发光二极管）和八个发光二极管。其电路图如下 彩灯演示电路图 （2）彩灯控制电路 移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器。寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的叫双向移位寄存器。根据移位寄存器存取信息的方式不同分：串行串出，串入并出，并入串出，并入并出4种形式。 本电路由2片移位寄存器74LS194级联实现。其八个输出信号端连接八个300欧电阻（保护发光二极管）和八个发光二极管和一片74LS04（控制彩灯循环亮的作用）和拨码开关控制输入的高低电平。其图如下： 彩灯控制电路图
数字电路逻辑设计 实 验 报 告 设计题目： 专业班级： 姓名： 学号：
设计课题：四路彩灯显示系统设计 1.设计任务和要求 设计一个四路彩灯控制器,设计要求如下： （1）接通电源后，彩灯可以自动按预先设置的程序循环闪烁。 （2）设置的彩灯花型由三个节拍组成： 第一节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮，灯亮时间1s，共用4s； 第二节拍：四路彩灯从右向左逐次渐灭，也需4s； 第三节拍：四路彩灯同时亮0.5s,然后同时变暗,进行4次,所需时间也 为4s。 （3）三个节拍完成一个循环，一共需要12s。一次循环之后重复进行闪烁。 2. 设计分析 四路彩灯既有四路输出，设依次为d Q、c Q、b Q、a Q，若“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，由课题要求可知四路彩灯显示系统要求如下表1所示的输出显示。 表1 四路彩灯输出显示
由上表可知，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，每4s 一个节拍，3个节拍共12s 后反复循环。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮、渐灭、同时亮、同时灭等功能。 分频及节拍控制可以用一个模12计数器来完成；彩灯渐亮、渐灭可以用器件的左移、右移功能来实现，因此可选用移位寄存器74194来完成。同时亮0.5s 、同时灭0.5s 可考虑把1Hz 的秒脉冲信号直接加到输出显示端来完成。 综上所述，要完成四路彩灯显示功能需要有分频器、节拍控制器、节拍程序执行器及脉冲源等电路。 记第一，二，三节拍分别为012Y YY 有效时间应为4秒，0Y 结束1Y 马上开始，1 Y 后2Y 马上开始，如此循环不断。为此可考虑采用移位寄存器构成的移位型控制器。由于有三个状态，因此需要用三个触发器对现时状态进行记忆，为使各状态的有效时间间隔为4秒，则驱动该移位控制器动作时钟周期应为4秒。应在开机瞬间，使移位型控制器的状态被确定下来，即012Y YY 节拍应为100，可控制输入信号使触发器置位、复位来实现。 为实现0Y 功能要求器件具有右移功能，为实现1Y 功能要求器件有左移功能；而且左、右移输入可为“0”也可为“1”；为实现2Y 功能，要求器件同时具有并行置数功能。因此可选用一种具有左移、右移和并行置数功能的通用移位寄存器74LS194。74LS194具有并行输入端A 、B 、C 、D ，并行输出端A Q 、B Q 、C Q 、D Q ，右移输入端SR ，左移输入端SL 和模式控制输入端0S ，1S 以及一个无条件直接清除端CLR 。模式控制输入0S ，1S 有00、01、10、11四种组合方式，分别表示双向移位寄存器所具有的四种功能，即禁止、右移、左移和并行置数。为了使当 012Y YY =100时，01S S =01（右移），012Y YY =010时，01S S =10（左移），当012Y YY =001时01S S =11（并行置数）。 74LS194的输出端初态均为零，在开机瞬间，使移位控制端01S S 的状态被确 定下来，即 012Y YY =100时，01S S =01 右移串行数据输入端 SR 经脉冲信号经四分频电路和 通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从右到左依次亮共 4秒 ，
目录 引言 (2) 1设计意义及要求 (3) 1.1设计意义 (3) 1.2设计要求 (3) 2方案设计 (4) 2.1设计思路 (4) 2.2方案设计 (4) 2.2.1方案一及其电路图 (4) 2.2.2方案二及其电路图 (5) 2.3方案比较 (6) 3部分电路的设计 (7) 3.1脉冲源的设计电路 (7) 3.2 4017控制电路 (9) 3.3 同右同左控制电路 (11) 3.4 回馈控制电路 (15) 4调试与检测 (16) 4.1调试中故障及解决办法 (16) 4.2调试与运行结果 (16) 5 仿真操作步骤及使用说明 (17) 6元件名细表 (18) 7附录电路图 (19) 8结束语 (20) 本科生课程设计成绩评定表
引言 当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度发展。 在现实生活中，我们经常遇到花样多变的广告彩灯，所谓广告彩灯就是讲一系列有颜色的灯串联在一起，然后按一定次序逐个或者几个的依次点亮和熄灭。因此要设计出这种电路就要应用数字逻辑电路，本次试验依照要求要设计出三行彩灯依次点亮，三列彩灯从右向左移动从左向右移动，所以该课程设计将用到脉冲信号产生电路、4017控制电路、计数电路、译码电路及其他门电路。
广告彩灯控制电路设计 1 设计意义及要求 1.1 设计意义 （1）培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事的科学态度和勇于探索的创新精神。 （2）锻炼学生的自学软件的能力及分析问题、解决问题的能力。 （3）通过课程设计，使学生在理论计算，课程设计、查阅设计资料、标准和规运用和计算机应用能力得到训练和提高。 （4）固化、深化和扩展学生的理论知识与专业技能。 （5）为今后从事电子领域打下坚实的基础。 1.2设计要求 1．现有9只彩灯，试设计一控制电路，要求彩灯能实现如下追逐图案； 2．第一层3只红灯右移，每灯亮的时间为0．8秒； 3．第二层3只蓝灯右移，每灯亮的时间为0．8秒； 4．第三层3只黄灯右移，每灯亮的时间为0．8秒； 5．三色彩灯同时右移，每组灯亮的时间为1．6秒； 6．三色彩灯同时左移，每组灯亮的时间为1．6秒； 7．彩灯控制电路工作状态按照上述2至6步自动重复循环。
一.设计整体思路 根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。前两个节拍由74LS194芯片左移右移功能易于实现，第三个节拍整体送数，利用异步清零将清零端置0达0.5秒即可。 二.基本原理及整体框图 1、基本原理 由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。由于程序循环一次要12秒，故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故可在前0.5秒内送数1将彩灯全部点亮，接下来的0.5秒使得74LS19清零端为零，从而将彩灯熄灭。然后重复此亮灭状态三次。因此第三个节拍只要在清零端送与CL K端相同的脉冲，但考虑到竞争冒险对电路的影响，需延迟时钟脉冲。
2、框图
三.单元电路设计及单元电路 1、分频器的实现 在数字电子技术中，对脉冲实现分频的方法一般有两种：其一是用n进制计数器。其二是用D触发器电路。这两种方法各有优势，但在此处我只分析用74LS161计数器实现分频的电路。电路分析图： 及其波形图 如下
2、循环控制电路 如果模N计数器的计数序列从最小1到最大数N，那么N+1是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CR，将计数器清零。此处工作状态从0001~1100，检测到1101时异步清零。 12进
电子技术课程设计报告 学院： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 成绩：
彩灯控制电路设计报告 一．设计要求 （1）．利用所学的电子技术知识搭建彩灯控制电路，实现16个彩灯依次循环闪烁。 （2）．在搭建电路之前要先用Multisim画好电路原理图，因此要对Multisim软件熟悉，了解他的用途，能够独立完成电路的设计，学会分析电路故障，对元器件认识透彻，清楚各个芯片的结构 及用途。 （3）．电路仿真后，能够根据自己设计的原理图搭建电路，并且调试成功。 二．设计的作用、目的 （1）．通过电子技术的课程设计使学生能够对电子技术及应用有进一步的理解，同时也巩固了所学的模电与数电知识，使所学的电子技术应用于实际，贴近生活，走向社会，增加学习的动力。（2）掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用面包板对电路进行仿真。 （3）．培养学生手动实践，搭建电路的能力，将理论与实际相结合的主要体现，使学生能够在学习理论知识的同时，对电子元器件及电子技术这门技术有更深入的认识。 （4）．通过查阅手册和文献资料，培养独立分析问题和解决问题的能力。培养自己的创新能力和创新思维。
三．设计的具体实现 1.系统概述 此电路由74LS14、74LS161、74LS138 组成。通过这些元件 和计数器的真值表，利用相关的电路实现彩灯循环闪烁功能。 当通电后每来一个脉冲，计数器74LS161 加1，输出1。3-8 译码器所接的发光二极管依此发光。则电路组成及工作原 理：彩灯控制器电原理图如下所示，其中74LS14 为电路提 供非门。
2．单元电路设计(或仿真)与分析（1）．计数器：74LS161
课程名称： 数字电路逻辑设计 设计项目：四 路彩灯显示系统设计 专业班级： 通信 学生姓名： 同组人姓名： 指导教师： 学号：
设计课题：四路彩灯显示系统设计 一、 设计目的 1、 2、 3、 熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。 掌握技术、译码电路的工作原理及应用。 熟悉移位寄存器的工作原理、典型应用和调试方法。 二、 设计任务与要求 设计一个四路彩灯控制器,设计要求如下： （1） 接通电源后，彩灯可以自动按预先设置的程序循环闪烁。 （2） 设置的彩灯花型由三个节拍组成： 第一节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮，灯亮时间 1s ，共用 4s ； 第二节拍：四路彩灯从右向左逐次渐灭，也需 4s ； 第三节拍：四路彩灯同时亮 0.5s,然后同时变暗,进行 4 次,所需时间也为 4s 。 （3）三个节拍完成一个循环，一共需要 12s 。一次循环之后重复进行闪烁。 三、设计原理 图(a)四路彩灯控制流程图 四路彩灯即有四路发光二极管输出，设依次为 、 、 、 ，若用高电平“1” 表示灯亮，低电平“0”表示灯灭，由课程设计要求可知四路彩灯显示系统有如下表所示的输 出显示。 Q Q Q Q d c b a
说明 输出 所用时间Q d Q c Q b Q a 开机初态0 0 0 0 第一节拍逐次渐亮1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1s 1s 1s 1s 第二节拍逆序渐灭1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1s 1s 1s 1s 第三节拍同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 分析可知，要实现上表所示功能，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，每4s一个节拍，3个节拍共12s后反复循环。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮、渐灭、同时亮、同时灭等功能。
课程设计报告题目：节日小彩灯控制电路设计 课程名称：电子技术课程设计 学生姓名： 学生学号： 年级：2014 专业：通信工程 班级： 指导教师： 电子工程学院制 2016年3月
节日小彩灯控制电路设计 前言 在现代日常生活中，美丽、可爱的小彩灯越来越多的成为人们生活中的装饰品，被用于很多情况中，比如娱乐场所或是用于各式各样的电子玩具等等，不仅能美化环境、渲染气氛，还可以供人们娱乐，下面就开始彩灯控制器电路的设计。 1课程设计的任务与要求 1.1 课程设计的任务 采用555、74HC163和74LS154作为控制器，LED作为彩灯制作十六路循环彩灯。 1.2 课程设计的要求 综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。 2节日小彩灯控制电路方案制定 2.1 方案原理 本课程设计由555构成多谐振荡器来产生方波脉冲，让74LS191加减计数器计数，74LS154来进行译码，使得LED灯的亮灭。 2.2 节日小彩灯控制电路设计设计的技术方案
图1 控制电路设计流程图 3 节日小彩灯控制电路设计方案实施 3.1 单元模块功能及电路设计 (1)555时序电路 在这次课程设计中，555定时器用来产生脉冲信号。因此把555定时器接成多谐震荡器。R2、R3、C1.C2为定时元件。 图2 555多谐振荡器 (2)74LS191计数部分
因为在试验中需要一个16进制的计数器，因此采用74LS191加减计数器。我们可以改变计数器的加减来控制LED亮灭的方向。置数端A、B、C、D分别置0。4脚接地11脚为异步置数控制端，高电平有效，接高电平。14脚接脉冲信号，同555定时器的OUT脚向接。通过单刀双掷开关来控制74LS191计数器的加减。 图3 74LS191计数器 （3）74LS154译码电路与LED显示部分 74LS154为1—16线译码器，有16个输出端，实验中需要的就是十六输出的译码器。四个输入端分别同74LS191计数器的QA、QB、QC、QD相接。通过改变QA、QB、QC、QD与四个输入端的连接方式来控制LED，因为74LS154译码器输出端低电平有效，所以LED显示部分采用共阳极接法，负极分别接在74LS154的输出端上。 4LS154译码电路与LED显示部分的电路图如下:
目录 0.前言 (1) 1.总体方案的设计 (1) 2.硬件电路的设计 (2) 2.1 时钟电路设计 (2) 2.2 单片机 (2) 2.3 LED彩灯 (4) 3.软件设计 (4) 4.调试分析及说明 (5) 4.1第一节拍的调试 (5) 4.2第二节拍的调试 (6) 4.3第三节拍的调试 (6) 5.结论 (6) 参考文献 (6) 课设体会 (8) 附录1 电路原理 (9) 附录2 程序清单 (10)
四路彩灯控制系统的设计 许山沈阳航空航天大学自动化学院 摘要：彩灯是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。LED彩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，但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。这里我们所设计的四路彩灯控制系统是8051单片机作为控制核心，电源开关等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对彩灯的控制。本系统具有硬件少、体积小、电路结构简单等优点，而且方便调节亮灯模式，只需要修改软件程序，无需修改硬件电路等。 关键词：单片机；四路彩灯；控制 0.前言 近年来，随着电子技术和微机计算机的迅速发展，单片机的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产中得到了广泛的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。尤其是单片机在最小系统的应用越来越多，也越是成熟。 LED彩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，用彩灯来装饰已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此需要我们改进，该为单片机作为控制核心的最小系统。 1.总体方案的设计 设计一个四路彩灯控制系统，系统功能如下： （1）、采用单片机作为控制核心电路。 （2）、彩灯的控制由三节拍组成：第一拍时从第一路到第四路每间隔1s逐次
16路循环彩灯设计报告 一、课程设计的目的 1、巩固和加强《数字电子技术》课程的理论知识。 2、掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。 3、掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用ewb软件或multisim软件对电路仿真。 4、通过查阅手册和文献资料，培养独立分析问题和解决问题的能力。 5、培养创新能力和创新思维。 二、任务的描述 用中规模集成电路实现节日彩灯控制电路，主要用计数器、译码器、数据分配器和移位寄存器等芯片集成，本次设计特点是用双色发光二极管，能发出红色和绿色两种色光。有以下四种演示花型： 花型1： 16路彩灯同时亮灭,亮、灭节拍交替进行。 花型2：16路彩灯每次8路灯亮，8路灯灭，且亮、灭相间，交替亮灭。 花型3：16路彩灯先从左至右逐路点亮，到全亮后再从右至左逐路熄灭，循环演示。 花型4：16路彩灯分成左、右8路，左8路从左至右逐路点亮、右8路从右至左逐路点亮，到全亮后，左8路从右至左逐路熄灭，右8路从左至右逐路熄灭，循环演示。 要求彩灯亮、灭一次的时间为2秒，每256秒自动转换一种花型。花型转换的顺序为：花型1、花型2、花型3、花型4，演出过程循环演示。 三、设计任务分析 根据任务要求，可将这次任务分成两部分，一部分是输出部分即数据子系统，可用移位寄存器实现外加一个定时器；另一部分是控制电路部分要用数据选择器。 四、具体设计过程的描述 根据彩灯的亮灭规律，为了便于控制，决定采用移位型系统方案，即用移位寄存器模块的输出驱动彩灯，彩灯亮、灭和花型的转换通过改变移位寄存器的工作方式来实现。16路彩灯需要移位寄存器模块的规模为16位，但为了便于实现花型4的演示花型，将其分为左、右两个8位移位寄存器模块LSR8和RSR8。 由于彩灯亮、灭一次的时间为2秒，所以选择系统时钟CLK的频率为0．5Hz，使亮灭节拍与系统时钟周期相同。此时，256秒花型转换周期可以用一个模128的计数器对CLK脉冲计数来方便地实现定时，定时器模块取名为T256S。 将整个系统分为数据子系统和控制子系统，根据它们各自的不同功能划分，上述两个8位移位寄存器模块LSR8、RSR8和256秒定时器模块T256S显然属于数据子系统，实现数据子系统操作控制功能的部分即为控制子系统，控制器模块取名为CONTR。
一. 设计目的 1.熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。 2.掌握技术、译码电路的工作原理及应用。 3.熟悉移位寄存器的工作原理、典型应用和调试方法。 二、设计任务 设计一个四路彩灯显示系统，要求如下： 1、开机可自动从初始状态按规定程序进行循环演示。 2、彩灯花形由三个节拍组成： 第一节拍：逐次渐亮，灯亮时间1秒，共用4秒； 第二节拍：4路彩灯按逆序渐灭，也需4秒； 第三节拍：4路彩灯同时亮0.5秒，然后同时变暗0.5秒，要进行4次，所需时间也为4秒，3个节拍完成一个循环。 3、彩灯用发光二极管模拟。 三、设计分析 四路彩灯既有四路输出，设依次为d Q、c Q、b Q、a Q，若“1”表示灯亮， “0”表示灯灭，由课题要求可知四路彩灯显示系统要求如下表1所示的输出显示。 表1 四路彩灯输出显示
由上表可知，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，每4s 一个节拍，3个节拍共12s 后反复循环。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮、渐灭、同时亮、同时灭等功能。 分频及节拍控制可以用一个模12计数器来完成；彩灯渐亮、渐灭可以用器件的左移、右移功能来实现，因此可选用移位寄存器74194来完成。同时亮0.5s 、同时灭0.5s 可考虑把1Hz 的秒脉冲信号直接加到输出显示端来完成。 综上所述，要完成四路彩灯显示功能需要有分频器、节拍控制器、节拍程序执行器及脉冲源等电路。 记第一，二，三节拍分别为012Y YY 有效时间应为4秒，0Y 结束1Y 马上开始，1Y 后2Y 马上开始，如此循环不断。为此可考虑采用移位寄存器构成的移位型控制器。由于有三个状态，因此需要用三个触发器对现时状态进行记忆，为使各状态的有效时间间隔为4秒，则驱动该移位控制器动作时钟周期应为4秒。应在开机瞬间，使移位型控制器的状态被确定下来，即012Y YY 节拍应为100，可控制输入信号使触发器置位、复位来实现。 为实现0Y 功能要求器件具有右移功能，为实现1Y 功能要求器件有左移功能；而且左、右移输入可为“0”也可为“1”；为实现2Y 功能，要求器件同时具有并行置数功能。因此可选用一种具有左移、右移和并行置数功能的通用移位寄存器74LS194。74LS194具有并行输入端A 、B 、C 、D ，并行输出端A Q 、B Q 、C Q 、D Q ，右移输入端SR ，左移输入端SL 和模式控制输入端0S ，1S 以及一个无条件直接清除端CLR 。模式控制输入0S ，1S 有00、01、10、11四种组合方式，分别表示双 向移位寄存器所具有的四种功能，即禁止、右移、左移和并行置数。为了使当012Y YY
课程设计说明书课程名称：数字电子技术课程设计 题目：彩灯控制器的设计 学生姓名： 专业：电子信息工程 班级：电信09-1 学号： 指导教师：李继凯 日期： 2010 年 12 月 21日
课程设计任务书 一、设计题目 彩灯控制器的设计 二、主要内容及要求 （1）以半导体数码管作为控制器的显示器，它能自动地依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列……如此周而复始，不断循环。 （2）打开电源时，控制器可自动清零，从接通电源时刻起，数码管最先显示出自然数列的0，再显示出1，然后按上述规律变化。 三、进度安排 1．老师给出选题内容，课程设计的相关要求，指导时间及任务完成期限。 2. 复习数子电子技术基础的内容，扎实基础。 3．去图书馆和网上查找相关资料，并且构思整个设计思路。 4．选择适当的芯片组合电路，设计各个部分的电路图，并用仿真软件设计，改善电路图。 5．根据电路的原理写出设计方案。 6．设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。 四、总评成绩 指导教师 学生签名
彩灯控制器的设计 一、设计任务与要求 1、以半导体数码管作为控制器的显示器，它能自动地依次显示出数字0、1、 2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列……如此周而复始，不断循环。 2、打开电源时，控制器可自动清零，从接通电源时刻起，数码管最先显示出自然数列的0，再显示出1，然后按上述规律变化。 二、方案设计与论证 彩灯是一束束用导线连接起来的并联灯泡，当接通电源后，彩灯就会工作，但里面可能是由编程或非编程的电路控制灯泡的运作的，譬如实现音乐彩灯、闪烁、循环、时控等功能。 数列的产生可以通过计数器和逻辑门实现，而循环则需要用到时序电路控制，如触发器等，而最后可以用逻辑门把几个输出接到同一个数码管。 方案一: 选择用JK触发器构成两位二进制计数器控制四种循环 用十进制计数器产生序列，采用具有异步清零和异步置数功能的74192（双时钟十进制同步可逆计数器）来实现包括0-9的自然数列、1-9的奇数数列、0-8的偶数数列和音乐数列的二进制计数。 再通过逻辑门电路将序列输出，包括与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。 方案二： 异步二—五—十进制加法计数器的74LS160和74LS139来实现包括0-9的自然数列、1-9的奇数数列、0-8的偶数数列和音乐数列的二进制。 采用555定时器构成的多谐振荡器、七段数码管、电阻、75LS139、电容等来控制四种循环。 方案论证：
哈尔滨工程大学 数字逻辑综合性实验设计报告 课程名称数字逻辑实验 题目名称四路彩灯显示系统逻辑电路设计 班级 学号 学生姓名 同组班级 同组学号 同组姓名 指导教师武俊鹏、孟昭林、刘书勇、赵国冬 2013年06 月
摘要 四路彩灯常见于节庆场合，按照某种规则点亮或者闪烁彩灯，本次数字逻辑电路设计实验主要完成四路彩灯的控制流程，控制流程如下： 第一路彩灯先点亮，然后依次点亮第二路、第三路、第四路； 第四路先灭，然后第三路、第二路、第一路依次灭； 四路彩灯均亮灭，共四次； 从1)开始循环。 本次实验采用中小规模集成电路进行彩灯显示系统的设计，具体使用 74LS161作为循环控制电路，74LS194控制彩灯花型显示，并用若干基本与门、非门、与非门等芯片基本逻辑电路。 关键词：四路彩灯；计数器；移位寄存器；中小规模集成电路；
目录 目录 1 需求分析错误!未定义书签。 基本功能要求错误!未定义书签。 创新拓展功能错误!未定义书签。 设计原理错误!未定义书签。 系统逻辑结构设计错误!未定义书签。 循环控制电路错误!未定义书签。 四路彩灯状态显示错误!未定义书签。 系统物理结构设计错误!未定义书签。 循环控制电路物理结构错误!未定义书签。状态显示电路物理结构错误!未定义书签。完整系统电路物理结构错误!未定义书签。 3 系统实现错误!未定义书签。 系统实现过程错误!未定义书签。 系统测试错误!未定义书签。 系统最终电路图错误!未定义书签。 系统团队分工错误!未定义书签。 4 总结错误!未定义书签。 参考文献错误!未定义书签。
1 需求分析 基本功能要求 用小规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统的要求如下： 开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。 程序由三个节拍组成： 第一节拍时，四路输出Q1~Q4依次为1，使第一路彩灯先点亮，接着第二路、第三路、第四路彩灯依次点亮； 第二节拍时，Q4~Q1依次为0，使第四路先灭，然后第三路、第二路、第一路彩灯依次灭； 第三节拍时，Q1~Q4输出同时为1态，然后同时为0态，使四路彩灯同时点亮，然后同时灭，共进行4次。 每个节拍费事为4s，执行一次程序共需12s。 用发光二极管显示彩灯系统的各节拍。 创新拓展功能 对四路彩灯所在扩展如下： 增加暂停功能，即在四路彩灯显示系统工作时，可从任意状态暂停，之后可以恢复暂停时的状态，并继续工作； 增加数字显示，用两位十进制数00~11随着彩灯的变化显示12个状态。 设计原理 为保证四路彩灯系统开机后可从初始状态按规定程序进行循环演示，循环控制电路可用74LS161和74LS20实现。彩灯花型显示分为3个节拍，彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现。彩灯有亮、灭两个状态，此外，还需要设计时钟脉冲产生电路、循环控制电路和彩灯花样输出电路。 由设计要求出发可知彩灯的3个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现1右移、0左移、送数和通过控制控制清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。 由于程序循环一次要12s，故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1s内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍， 而且要以相同频率控制。可以用一个十六进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制十二进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。 上述原理可用图表示: 显示电路
彩灯控制器的设计 一、设计任务与要求 1、以半导体数码管作为控制器的显示器，它能自动地依次显示出数字0、1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列……如此周而复始，不断循环。 2、打开电源时，控制器可自动清零，从接通电源时刻起，数码管最先显示出自然数列的0，再显示出1，然后按上述规律变化。 二、方案设计与论证 设计要求总的电路能够实现以此输出自然数列、奇数数列、偶数数列和音乐数列，而且还要求能够实现上述顺序的循环，总电路主要可以分成三个部分。 第一部分就是自然、奇数、偶数和音乐四个数列电路。这里使用的只要就是计数器，计数器在时序电路中应用的很广泛，它不仅可以用于对脉冲进行计数，还可用于分频，定时，产生节拍脉冲以及其他时序信号。运用计数器的不同的功能和不同的接发就可以实现不同的序列输出了。 第二部分是将上述四个独立的数列电路通过或门将计数器的输出端通过一定方式连接整合成一个大的计数电路，即只用一片数码管就能实现上述四个数列电路的显示输出。 最后还有一个部分就是循环电路。设计内容要求按照先自然序列然后到奇数序列再到偶数序列最后是音乐序列这样的顺序周而复始的循环。为了实现这个循环输出的功能，可以用移位寄存器或者是译码器的输出端来控制四个数列电路控制四个计数器的工作情况，可以让四个计数器依次工作，就可以达到要求的依次循环输出数列。 方案一、利用移位寄存器来实现循环电路 电路图如下
图1用74LS194实现的循环电路 这个电路图实现循环主要是依靠74LS194的移位功能来完成的。先让开关SW1拨至与电源相接，就是接入高电平，这样移位寄存器有了脉冲信号之后就可以实现置数的功能，四个输出端为1000，再将开关SW1拨至与地相接也就是接入低电平，这时寄存器就可以实现移位的操作了，然后通过脉冲信号的触发下，寄存器的输出就可以从1000→0100→0010→0001，这样依次循环了。然后四个输出端用来控制计数器的信号控制端就可以控制序列输出了。 循环电路的设计采用74LS194移位寄存器，通过74LS194移位寄存器的四个输出端子分别控制四个计数器工作，74LS194的功能表和原理图分别如下表和图所示。 输入输出 清零CLR 控制信号串行输入时钟 CLK 工作状态S1 S0 右移左移 0 ×××××0 1 0 0 ×××保持
电子技术实验四路彩灯 Prepared on 22 November 2020
《电子技术实验》四路彩灯显示电路设计报告 年级学院：2014级工程学院 专业班级：电气类1班 姓名：周文青 学号： 指导老师：薛秀云 目录 一、课程设计内容与要求分析 1.1实验目 的……………………………………………………………………………………… (3) 1.2实验内 容……………………………………………………………………………………… ………3二、设计总思路 基本原理…………………………………………………………………………………………… ....3实验流程图 (3) 三、模块化设计 555时基电路 555芯片结构及引脚图 (3) 555引脚功能表 (4) 555构成多谐振荡器 (4) 多谐振荡器参数计算 (5)
74LS161脉冲分频电路 74L S161芯片结构及引脚图 (5) 74L S161功能表 (6) 74L S161组成分频电路 (6) 74LS161组成12进制循环计数器 (6) 74LS194时间控制电路 74L S194芯片结构及引脚图 (7) 74L S194功能表 (8) 3.3.374L S194组成时间控制电 路 (8) 四、全局电路设计 电路功能表……………………………………………………………………………..…………… …9 基于的全局电路仿真 (10) 五、电路调试及仿真结果分析 电路调试的仪器 (10) 电路故障及分析 彩灯无法点亮 (10) 彩灯闪烁功能缺失 (11) 彩灯无规律闪烁 (11)
六、课程设计总结 (11) 七、参考文献..................................................................................................................11八、附录：元器件清单. (12) 一、课程设计内容与要求分析 1.1实验目的： 1、了解电子电路设计的过程 2、掌握电子线路的调试方法 3、系统掌握时序电路的设计与调试 1.2实验内容： 要求开机后彩灯按四个节拍循环工作 1、Q 1、Q 2 、Q 3 、Q 4 依次为1，相应灯依次亮，间隔为1秒 2、Q 4、Q 3 、Q 2 、Q 1 依次为0，相应灯依次灭，间隔为1秒 3、Q 1、Q 2 、Q 3 、Q 4 同时为1，四灯同时亮，间隔为秒 4、Q 1、Q 2 、Q 3 、Q 4 同时为0，四灯同时灭，间隔为秒 5、第（3）和（4）过程重复，共4秒。完成一个循环需要12秒。 二、设计总思路 、基本原理： 由实验要求可知该四路彩灯的状态可以合并为3个节拍，其中脉冲信号由555构成的多谐振荡器产生，3个节拍12秒循环显示可以用74LS161思维二进制加计数器 控制CR或LOAD产生反馈清零的效果；而灯依次亮，依次灭和同时亮同时灭的显示 电路可由芯片74LS194双向移位寄存器构成的电路产生，通过控制 S和1S实现右移、左移和送数，通过控制CR控制清零 、实验流程图 三、模块化设计 、 555时基电路 555芯片结构及引脚图