推荐：彩灯循环的文档
- 格式：doc
- 大小：128.00 KB
- 文档页数：12
一、摘要循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门，而且有专门的可编程彩灯集成电路。
绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。
本次设计的双色循环彩灯控制器就是用计数器和译码器来实现，其特点用双色发光二极管，能发红色和绿色两色光。
二、课题构思1、用中小规模集成电路设计一台彩灯控制器。
用计数器和译码器设制作一个双色三循环方式彩灯控制器。
2、控制器有8路输出，每路用双色发光二极管指示。
3、控制器有3重循环方式：方式A：单绿左移---单绿右移---单红左移---单红右移；方式B：单绿左移---全熄延时伴声音；方式C：单红右依---四灯红闪，四灯绿闪延时。
4、由单刀掷开关控制3种方式，每种方式用单色发光二极管指示。
5、.两灯点亮时间约在0.2～0.6S间可调，延时时间约在1～6S间可调。
6、要求用10V电源设计。
三、方案设计近年来，由于中，大规模集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。
在设计中更多的使用中。
大规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。
因此，双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下：1，根据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以方便检修。
2，每个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件构成单元电路。
3，考虑各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作需求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常，协调工作。
1、基本原理设计任务中所要求的3种循环方式并不复杂，用中小规模集成电路就能实现。
本控制应由方式选择，振荡器，控制电路，延时电路，蜂鸣器等组成，其框图如图1所示：图1 双色三循环方式彩灯控制器框图 2、计数器和译码器本控制器的核心器件为计数器和译码器，分别采用CMOS 中规模集成电路CC4516和CC4514。
CC4516为16脚双列直插的中规模集成可预置数的4位二制加/减计数器（单时钟），其引脚如图2所示。
CC4516有5中功能：置数，清零，不计数，加计数，减计数，具体功能如表1所示。
CC4514是4为锁存/4线—16线译码器，其输出为高电平有效。
CC4514具有数据锁存，译码和禁止输出3种功能。
数据锁存功能由EL 端施加电平实现，EL=0时，O 0 ~O 15保持EL 置“0”前的电平；禁止端）E O 0~O 15全为低电平；因此，CC4514作为译码器使用时，EL 应接高电平，E 应接低电平，CC4514的外引脚如图3所示。
图2 CC4514引脚图表1 CC4516功能表 四、单元设计1、 LED 显示电路LED 显示电路如图3所示。
O 15 O 14O13O 12 O 11 O 10 O 9 O 8O 0 O 1 O 2 O 3 O 4 O 5 O 6 O 7图3 LED 显示电路O 0）~O 15为译码器的输出。
4514共有16个输出，而双色发光二极管只有8个，因此每两个输出接同一个发光二极管，接法如图3所示。
发光二极管为双色三极发光二极管，其限流电阻有3种连接方法（16个限流电阻，8个限流电阻，1个限流电阻），本控制器采用8个限流电阻的方法。
发光二极管的极限电流一般为20~30mA ，发光二极管的压降约为2V ，通过发光二极管的电流可取为10~15mA ，以保证发光二极管有足够的亮度，而且这样又不易损坏发光二极管。
2、振荡器振荡器有多种振荡器电路，图4所示的振荡器比较简单常用，其中（a ）图为CMOS 非门构成的振荡器，（b ）图为555构成的振荡器。
CMOS 非门构成的振荡器的振荡周期T=1.4RC ，555构成的振荡器的振荡周期T=0.7（R 1+2R 2）C 。
图4振荡器3、触发器循环方式A的设计思路如下：PL=1 UP/ DN=1 UP/ DN=0 UP/ DN=1起始计数（置“1000” ）加数器O15时计数器O0时计数器本循环彩灯控制器方式A的设计难点就是控制电路（循环功能能否实现在于控制电路是否起作用）。
要实现循环功能，计数器既要加法计数，也要减法计数，即加法计数到O15时变为减法计数，减法计数到O0再变为加法计数，这可用触发器控制计数器的UP/DN端来实现。
图5所示为由D触发器构成的二分频电路，O15和O0作为时钟信号，一个时钟触发器的状态翻转一次。
图6（b）是利用D触发器的直接置“1”端和直接置“0”端来实现触发器的状态转换。
图5（c）和（d）是由门电路组成的基本RS触发器，图5（c）RS 输入为高电平有效，因此O15和O0可直接作为S与R的输入。
图5（d）输入为低电平有效，O15，O0反向后作为触发器输入。
除以上几种电路外，也可以直接用RS触发器或JK触发器来实现。
经实践，图5所示的几种电路都能达到控制的作用。
(a) (b)(c) (d)图5 触发器控制电路4、延时电路循环方式B的设计思路如下：PL=1 UP/ DN=1 E=1置1000 加计数器O15时延时延时电路可采用单稳态电路，O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号。
根据功能要求。
可采用微分型单稳态电路，555构成的单稳态电路及分立元器件构成的单稳态电路，而下降沿触发的与非构成的微分型单稳态电路和555构成的单稳态电路较为理想。
图6为与非构成的微分型单稳态电路，其中C d，R d为微分电路，当u i为窄脉冲触发时，C d和R d可省略。
O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号，因此O15要经微分和限幅后再触发单稳态电路。
延时时间有RC决定。
555构成的单稳态电路如图7所示，C1R1和VD起微分限幅作用。
因此本电路要求低电平触发，没有触发的时候555的第2脚要为低电平，所以要接R2，对于R1和R2的阻值比要求比较严格，要保证没有触发的时候第2脚电压大于1/3V DD,触发的时候电压小于1/3V DD。
延时时间由RP和C2决定。
图6微分型单稳态电路图7 555构成的单稳态电路在循环方式C中，要实现单红右移，计数器应从“0000”开始递增，因此应先清零再加法计数。
根据计数器和译码器本身无法使输出实现四灯红闪，四灯绿闪，因此，可通过延时电路给8个双色发光二极管加上振荡信号来解决。
方式C的循环过程可表示为: MR=1 UP/ DN=1 E=1消零加计数器O7时延时在设计时要注意，要求是在同一个电路中通过方式选择来实现3种循环功能，而不是设计3个电路。
3种循环方式要互相隔离，如按方式A工作时则不能有方式B现象出现，因此可采用双向模拟开关CC4066进行隔离。
五、系统完整电路及其原理说明1、控制器的电路图:如图8所示2、工作原理选择方式A，指示LED8灯亮，VD19导通，开关刚接通瞬间C4短路，IC2的PL＝1，IC2计数器置数“1000”，电源接通瞬间，C2短路，触发器直接置零R＝1，即IC2的UP/DN=1,j 计数器从“1000”开始计数，C2充电结束后，触发器R＝0，不起作用。
当计数器到”1111”,O15＝1，VD2导通，同时IC4A倒通，触发器翻转，UP/DN＝0，计数器递减计数。
选择方式B，指示灯LED9亮，VD20导通，开光刚接通瞬间，C4短路，PL＝1，IC2计数器置数“1000”，电源接通顺间，C2短路，触发器R＝1，触发器直接置零，UP/DN＝1，计数器从”1000”开始计数，IC4A断开，D触发器输出不变，UP/DN一直为一，计数器始终递增计数。
当计数到“1111”时，O15＝1，IC8B导通，当O15从高电平变为低电平时，触发单稳态电路，IC6输出变为高电平，E=1,灯全部熄灭，IC8C导通，CT1导通，蜂鸣器响。
延迟时IC4C导通，PL＝1，计数器始终在置数“1000”，延迟结束时，E＝0，计数又从“1000”开始计数。
选择方式C，指示灯LED10亮，开关刚接通瞬间，C3短路，MR＝1，IC2计数器清零，电源接通瞬间，C2短路，触发器R＝1，触发器直接置零，UP/DN1，计数器从“0000”开始计数，当计数器到“0111”时，O7＝1，因IC8A导通，当O7从高电平变到低电平时，触发单稳态电路，IC6输出为高电平，E＝1，IC3的O0～O15输出全为低电平，IC4B导通，延迟时计数器清零，IC7与非门输出脉冲信号，VT2发射级输出脉冲信号送到双色发光二级管，使8盏灯四灯红闪四灯绿闪。
延迟结束，计数器又从“0000”开始计数六、仿真分析及结果对于本控制器的三种循环方式，只选择A进行仿真。
1、控制器(方式A)的仿真原理图从元器件库中调出各种电阻、电容、集成块. 发光二级管等元器件,元器件调出后，对元器件的位置进行调整，使布局比较合理。
循环彩灯控制器仿真原理图如图9所示。
将电位器的操作键由空格键改为a键，按a键或A键可改变电位器的阻值。
X2为电平指示灯，高电平示指示灯亮，低电平示指示灯不亮。
灯泡X1采用虚拟灯泡，双击灯泡使其工作电压设置为220V。
继电器K1采用常开触点的继电器，注意继电器的脚号连接要正确。
双击交流电源U2，将交流电的工作电压设置为220V，工作频率设置为50HZ。
XSC1为示波器图标。
在画原理图时要注意，由于CMOS集成电路的输入端不允许悬空，因此应工具逻辑要求将不用的输入端接高电平或低电平，如4013的CP1，D1不用，应接地，4516的MR，CE接地，4514的数据锁存端EL接电源，禁止端E接地。
2、仿真结果检查电路图无误后，可接通电源以模拟循环过程。
由于电源接通瞬间，电容C2，C3相当与短路，使D触发器直接置零端由效，CC4516的置数端PL有效，CC4516置数“1000”,使发光二级管从LED8开始电亮并往上移。
但EWB不能模拟电源接通瞬间电容相当于短路这一过程，因此，电源接通后，发光二级管不一定从LED8开始点亮，计数器可能递增计数也有可能递减计数，但这种现象只会影响第一个周期，对循环过程没有没有影响。
只要绿LED15亮，就会使D触发器置1，从而使计数器递降计数，发光二极管灯亮顺序为，ＬＥＤ15→LED14→…→LED8→…→LED1→LED0的规律变化，此时指示灯X2不亮。
只要红色灯LED0亮，就会示D触发器置零，从而计数器递增计数，发光二级管灯亮按LED0→LED1→…. →LED7→LED8→…LE D14→LED15规律变化，此时指示灯X2点亮。
当LED15亮示，三极管VT导通，继电器K1吸合，灯X1亮。
说明8只双色发光二级管可以用16只彩灯代替。
按a键或A键，可以改变电位器的百分值，观察灯移动的速度。
百分比值增大时，灯移动的速度应加快。
取不同的百分值，用示波器测量振荡器的周期，将结果填入表3中。
