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课程设计名称：电子技术课程设计题目：彩灯控制器设计
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学期： 2013-2014学年第2学期
专业：电气工程及其自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：刘桂芬
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辽宁工程技术大学
课程设计成绩评定表
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课程设计任务书
一、设计题目
彩灯控制器设计
二、设计任务
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1.有六只LED彩灯
2.控制顺序是：全亮---奇数灯依次灭---偶数灯依次灭---依次亮—依次灭---全亮—全灭
3.彩灯点亮时间为。
三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天：选题，查资料；
第2天：方案分析比较，确定设计方案；
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第3～4天：电路原理设计与电路仿真；
第5天：编写整理设计说明书。
四、设计要求
1. 画出整体电路图。
2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。
3. 写出设计说明书。
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指导教师：刘桂芬
时间：2013年6月18日
目录
第一章绪论 (1)
课程设计参数 (1)
设计要求 (1)
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设计方案与论证 (1)
设计电路框图 (1)
第二章各单元电路的设计 (2)
NE555 工作原理 (2)
23进制计数器的实现 (4)
5线—32线译码器 (5)
控制电路的实现 (6)
第三章电路的工作原理及仿真 (7)
]
工作原理分析 (7)
仿真电路 (8)
第四章课程设计体会 (10)
参考文献 (11)
摘要
彩灯控制器就是控制六只LED彩灯，通过点亮，熄灭不同顺序的灯实现彩灯的变化，按照要求设计六只LED灯的显示顺序，LED灯的显示时间为。
设计时先观察分析要求的六只LED灯的显示顺序，然后根据观察和分析得到的规律设计出整体框架，进行总体设计后划分子系统，详细设计，然后涉及各个子系统的内部电路，之后把各个子系统分别连接在一起，最后进行电路的调试。
本文设计是以中、小规模集成电路为基础，设计了一个六只彩灯控制器。根据设计要求，所设计的系统要求彩灯以全亮---奇数灯依次灭---偶数灯依次灭---依次亮—依次灭---全亮—全灭的顺序显示，最后利用Proteus软件进行仿真与调试，圆满的实现了该六只彩灯控制器的功能。
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关键词：彩灯控制器；子系统；调试；定频
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第一章绪论
课程设计参数
六只LED彩灯，L0,L1，L2，L3，L4，L5
设计要求
六只彩灯按全亮——奇数灯依次灭——偶数灯依次灭——依次亮——依次灭——全亮——全灭的顺序显示，显示间隔
设计方案与论证
方案一：按照课程设计的要求，需要实现彩灯的23种状态，可以用一个23进制的计数器来执行，从0到22种状态来控制这23种状态，然后通过译码器翻译成可以实现的高低电平，最后写出这23种状态和计数器数字对应的真值表，计算出逻辑式，便可实现所要求的彩灯控制。该方案思路简单明确，控制产生的现象明显，稳定，易于实现。
方案二：利用两片十进制计数器74160设计一个40进制计数器，再用个位的0到9输出状态与十位的0到3四种输出状态通过逻辑器件构成LED灯的控制电路，实现彩灯的亮灭控制。该方案LED灯的控制电路比较复杂，逻辑门器件容易出现延迟，竞争冒险，从而影响对LED灯的控制结果。
综上分析比较，最后选定方案一。其易于实现，控制原理简单，而且整体性能稳定，实现的效果好。
设计电路框图
图1-1基本结构框图
由上框图分析可知需实现控制彩灯的23种状态，此处可用一个23进制的计数器实现循环控制，用计数器从0到22的23种状态对应来控制六个LED彩灯显示的23种状态（00000—10110），然后将计数器输出的十六进制数用5线—32线译码器译成十进制输出，可以实现高低电平的控制。在画出23种状态转换表和技术其数字对应的真值表，列出逻辑表达式，然后用适当的与非门，或门及非门等器件，按照得到的逻辑表达式搭建逻辑组和电路，便可实现题目所要求的彩灯控制结果。
第二章各单元电路的设计
NE555 工作原理
555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。
图2-1 NE555接线图
555定时器工作时过程分析如下：
5脚经电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。
当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
NE555极限参数：
表2-1NE555极限参数
图 2-2 脉冲信号发生器原理图
如图2-4所示，R1和C1组成一个串联RC充放电电路，在NE555的3引脚上输出一个方波信号。
当接通电源后，因为电容上的初始电压为零，所以输出电压为高电平，并开始经电阻R1向电容C1充电。当充电到输入电压为vⅰ=Vt+时，输出跳变为低电平，电容C1又经过电阻R1开始放电。
当放电至vⅰ=Vt-时输出电位又跳变为高电平，电容C1重新开始充电。由公式
T1=（R1+R2）Cln2 T2=R2Cln2 T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2得出当占空比为50%时，T1约为220s，T2约为160s，即周期T为380s。 23进制计数器的实现
23进制计数器是由两个16进制计数器构成，并且将23进制计数器的每个状态输出，令其对应LED的每一种状态。23进制计数器：用两片74161（具有异步清零，同步置数的功能）扩展成23进制计数器，采用并行进位方式，整体置数法。因为计数器需要23种状态（00000—10110），所以先用两片74161连接成256（16×16）进制计数器，然后在输出为10110（22）时，用与非门来控制两计数器的LDN端清零，完成一次完整的循环计数。
图 2-3 23进制计数器的设计电路
表 2-2 二进制计数器74161的功能
5线—32线译码器
5线—32线译码器是由5片74LS138译码器实现，他的扩展原理同两片74LS138进行4线—16线扩展类似。正常的5线—32线译码器应该需要5片74LS138译码器来扩展实现，但由于本设计中要求控制彩灯变化的状态只有23种，故只需要用4片74LS138即可实现5线-24线的译码功能，左边的一片74LS138芯片用于控制选择右边的三篇74LS138芯片的工作或者锁定状态，右边的三片74LS138芯片每片都可控制八种输出状态，共控制24种状态，满足题目所要求的23种状态。当接通时，先通过左边的芯片控制右边的芯片，再进行移位变化控制终端LED彩灯的状态，从而实现23种状态的循环。
图2-4 5线—32线译码器电路
控制电路的实现
由23进制计数器输入一个五位二进制数（00000—10110），输出彩灯所对应的状态（1表示灯亮，0表示灯灭）
表2-3 功能真值表
由真值表所列各LED灯的逻辑表达式：
L0=M0+M1+M2+M3+M4+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M21
L1=M0+M4+M5+M6+M7+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M21
L2=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M21
L3=M0+M1+M4+M5+M6+M7+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M21
L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M21
L5= M0+M1+M2+M4+M5+M6+M7+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M21
第三章电路的工作原理及仿真
工作原理分析
该设计方案需要实现控制彩灯23种状态（即开始灯全部亮1种状态，奇数的灯依次灭3种状态，然后所有的灯再全部亮1种，偶数的灯依次灭3种，然后所有的灯全灭1种，所有的灯依次亮6种，所有灯依次灭6种，全灭全亮共2种，总共23种）。先用555定时器做个多谐振荡器为计数器提供时钟脉冲信号，23进制计数器可实现对彩灯亮灭的循环控制，用计数器从0到22的23种状态对应来控制6个LED彩灯显示的23种状态（00000—10110），然后将计数器输出的十六进制数用5线—32线译码器译成十进制数输出，可以实现高低电平的控制。再通过画出23种状态转换表和计数器数字对应的真值表，列出逻辑表达式，
然后用适当的与非门，或门及非门等器件，按照得到的逻辑表达式搭建逻辑组和电路，便可实现题目所要求的彩灯控制结果。
仿真电路
图3-1 555定时器仿真电路
图3-2 555定时器仿真电路波形分析
图3-3 总电路图
第四章课程设计体会
此次课程设计意义很大，不但让我懂得了以前没有理解的东西，而且使我明白学习知识的意义。通过画图和仿真不但使我更深的理解了课上学的知识，还提高了独立思考和动手能力。
经过几天的努力，我终于完成了电子技术课程设计报告。通过本次彩灯控制器的设计，不但使我更加熟悉了数字电子课的知识，而且让我知道了在课本上没有的东西。通过查找资料图书，上网搜索，掌握了由555定时器改装成多谐振荡器产生时钟脉冲方法和原理，了解了脉冲信号发生器工作原理和使用方法。
通过本次课程设计，使我知道我现在所学到的知识还远远不够，在实际操作中有很多问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好本专业的知识。我相信通过这次课程设计，我一定会在以后的学习中更上一层楼。
参考文献
[1] 阎石.数字电子技术基础[M].第5版.高等教育出版社,2006.
[2] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].第4版.高等教育出版社,2006.
[3] 李银华.电子线路设计指导[M].北京:航空大学出版社,2005.
[4] 姚福安.电子电路设计与实践[M].山东：科学技术出版社,2001.
[5] 鲁宝春.电子技术基础实验[M].沈阳：东北大学出版社.2011.—