循环彩灯设计报告

课程设计(论文)

题目名称彩灯设计

课程名称综合电子课程设计

学生姓名刘焱坤

学号 1241301036

系、专业信息工程系、电子信息工程

指导教师胡湘娟

2014年11月5日

摘要

随着现代生活水平不断提高，日常生活、节日娱乐及科研中的循环彩灯设计及装饰扮演越来越重要的角色。为实现多路彩灯的循环多花样显示，本次设计以+5V电源供能，采用555定时器组合构成多谐振荡电路提供脉冲信号，由74LS161集成块进行数据选择，三块74LS138集成块依次输出低电平，对小灯进行选择开关控制亮灭。利用D触发器实现74LS138集成块的单独工作。本设计实现了8路彩灯依次亮、奇数灯亮及偶数灯亮三种循环显示方式，且通过改变555定时器中的电阻阻值可实现循环彩灯的频率可调。设计电路在Protues中成功运行，且效果良好，证明本次循环彩灯电路设计是可行的，有效的。

关键词：循环彩灯；555定时器；74LS161数据选择器；74LS138

目录

1 设计任务 (4)

1.1设计目的和意义 (4)

1.2 电路要求 (4)

2 系统设计 (4)

2.1总体方案设计 (4)

2.2 方案论证与对比 (4)

2.3 具体电路设计 (5)

2.3.1 振荡电路设计 (5)

2.3.2 计数器、译码器设计 (6)

2.3.3 显示电路设计 (7)

2.4 系统总体电路 (9)

2.5 系统所用元器件 (9)

3 系统调试与仿真 (10)

3.1 多谐振荡电路的调试 (10)

3.2 彩灯循环显示功能的调试 (10)

4 总结 (10)

4.1 本系统的优缺点 (10)

4.2 心得体会 ..................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 (12)

1 设计任务

1.1 设计目的和意义

为了提高运用所学数电模电的理论知识、分析问题、解决问题的能力，掌握电子电路的设计方法，熟悉电路在Protues 中的组装、运行、调试的方法，使得理论与实践相结合，提高处理实际问题的能力以及动手能力，设计频率可调的多路循环彩灯电路，实现多路彩灯的多方式显示，满足日常生活及节日娱乐的装饰。 1.2 电路要求

（1）设计可调预制序列发生器，用于控制彩灯的循环显示；

（2）循环频率可调。

2 系统设计

2.1总体方案设计

根据设计要求，提出两种方案如图1、图2所示：

图1 总体设计方案一

图2 总体设计方案二

2.2 方案论证与对比

两种方案均采用555定时器组成多谐振荡电路提供震荡脉冲，但方案一利用计数器产生的脉冲控制彩灯的循环显示，此方案只能实现LED 灯的依次循环显示；与此相比，方案二利用计数器产生的脉冲控制译码器，

利用多块译码器可实

现LED灯的多种方式循环显示，增添效果显示。综上所述，本次设计采用方案二。

2.3 具体电路设计

2.3.1 振荡电路设计

主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。

由555定时器和外接元件R

1、R

2

、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。

电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过

R 1、R

2

向C充电，以及C通过R

2

向放电端放电，使电路产生振荡。电容C在

和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。

输出信号的时间参数是： T=

=0.7（R

1+R

2

）C

=0.7R

2

C

其中，为V

C

由上升到所需的时间，为电容C放电所需的时间。R1=R2=10K,C=47uF,T=1S

如下图所示为在Protues里仿真时的实际连接电路。其中端口3为输出端，使用的时候只要将端口3接到CLK端即可。

图3 震荡电路设计

2.3.2 计数器、译码器设计

图4 74LS161的管脚图

管脚图介绍：

时钟CP和四个数据输入端P0~P3

清零/MR

使能CEP，CET

置数PE

数据输出端Q0~Q3

以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)

图5 74LS161时序波形图

表1 74LS161功能表

从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当

CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

由此可见，当74LS161有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

2.3.3 显示电路设计

主要由发光二极管和74LS138芯片组成。当74LS138的输出端依次输出低电平时,驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66 v左右，电流在5 mA左右。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C构成微分电路，用于上电复位。74LS138引脚图：

图6 74LS138引脚图

表2 3线-8线译码器74LS138的功能表

显示电路设计在Protues连接图如下图所示：

图7 显示电路连接图

2.4 系统总体电路

图8 系统总体电路图2.5 系统所用元器件

本系统所用的元器件清单如表3所示。

表3 本系统所用的元器件

3 系统调试与仿真

3.1 多谐振荡电路的调试

多谐振荡电路在Protues中运行结果所示：

图9 震荡电路仿真结果

分析：根据上图分析结果，与预期结果一致，故设计正确。

3.2 彩灯循环显示功能的调试

循环彩灯在Protues中运行结果如图8 系统总体电路图所示，此时为第一个红灯亮。彩灯可实现依次点亮、奇数灯点亮、偶数灯点亮等三种循环显示方式。改变555定时器的电阻阻值可调节灯的点亮频率，分析可知，仿真结果与预期结果一致，故设计正确。

4 总结

4.1 本系统的优缺点

该设计电路利用555计时器组成多谐振荡电路提供震荡脉冲，利用74LS161计数器实现脉冲的记录，利用74LS138实现8路彩灯的依次点亮、奇数灯点亮、偶数灯点亮等三种方式的循环显示，且LED灯呈心形摆放，增加了显示效果。但

该设计电路在开关打开后需等待74LS161运行一次循环后彩灯才开始点亮，有一定的等待时间；且该电路采用1片74LS161，无法实现脉冲分频，导致彩灯依次循环亮的频率是奇偶灯亮频率的2倍，对显示效果有一定影响，有待进一步改进。总体来说，该电路设计是有效的，成功的。

4.2 心得体会

通过此次数控增益放大电器的设计与仿真实验，让我对数控增益放大电器的结构有了进一步的了解。在此次的课程设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。在课程设计的过程中，电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的都有所了解。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别都有所学习。同时自己实际动手能力和查阅资料的能力也进一步的提高。其次通过这次专业课程设计，我进一步学会了Protuse 软件的使用方法，并能按照电路工作原理图及对其进行仿真。有了这次经历使我懂得了在日后的电路图设计中，应该尽可能的用其进行仿真，这样就可以避免由于粗心所带来的损失，增加可行性。

参考文献

[1] 果照南．电子技术与EDA技术课程设计[M]．长沙：中南大学出版社，2010．

[2] 周润景，张丽娜．基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2006．

[3] 张克农，宁改娣．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2010．