钦 州 学 院 数字电子技术课程设计报告
彩灯控制器3的设计
院 系 物理与材料科学学院 专 业 过程控制自动化 学 生 班 级 2010级3班 姓 名 罗宗铖 学 号 203456123455
指导教师单位 钦州学院 指导教师姓名 张晓培 指导教师职称 助教
2013年6月
彩灯控制器3的设计
过程控制自动化专业2010级 罗宗铖
指导教师 张晓培
摘要：根据设计的指标和要求，结合平时所学的理论知识，设计出一个功能较齐全的彩灯控制器。
现在各大中城市商店都已普及彩灯装饰，所彩灯控制技术的发展已成定局。而部分小城市尚未普及，但随着城市建设日益加快，象征着城市面貌的彩灯装饰行业也将加速发展，彩灯控制器的普及也是毫无疑问的，所以未来彩灯控制器的市场还是十分有潜力的。
彩灯的发展也在日新月异，特别是随着我国科学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出，传统的制灯工艺和现代科学技术紧密结合，将电子、建筑、机械、遥控、声学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一。
关键词：彩灯，电路，设计
目录
前言 ………………………………………………………………………………………1 1 设计技术指标与要求 …………………………………………………………………1 1.1 设计技术指标 ……………………………………………………………………1 1.2 设计要求 …………………………………………………………………………1 2 方案论证与选择 ………………………………………………………………………1 2.1 彩灯控制器的系统方案 …………………………………………………………1 2.2 花型演示电路 …………………………………………………………………2 2.3 花型控制电路 ……………………………………………………………………3 2.4 节拍控制电路 ………………………………………………………3 2.5 时钟信号电路……………………………………………………………………5 3 元器件的选择… ……………………………………………………6 3.1 设计所使用的元件及工具…………………………………………………………6 4 系统电路总图及原理 ………………………………………………………………7 5 电路连接测试 ………………………………………………………………………8 6 经验体会 ……………………………………………………………………………9 参考文献 …………………………………………………………………………………10
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前言
现在各大中城市商店都已普及彩灯装饰，所彩灯控制技术的发展已成定局。而部分小城市尚未普及，但随着城市建设日益加快，象征着城市面貌的彩灯装饰行业也将加速发展，彩灯控制器的普及也是毫无疑问的，所以未来彩灯控制器的市场还是十分有潜力的。
彩灯的发展也在日新月异，特别是随着我国科学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出，传统的制灯工艺和现代科学技术紧密结合，将电子、建筑、机械、遥控、声学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一。 1 设计技术指标与要求 1.1 设计技术指标
1. 8个彩灯一字排开，彩灯的亮灭图案及顺序按下列8种花样循环进行。
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 灭 灭 灭 灭 灭 灭 灭 灭 灭 亮 灭 亮 灭 亮 灭 亮 灭 灭 亮 亮 灭 灭 亮 亮 灭 灭 灭 灭 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 灭 灭 灭 灭 亮 亮 灭 灭 亮 亮 灭 灭 亮 灭 亮 灭 亮 灭 亮 灭
2.设计一个脉冲电路控制各状态转换的时间：
按下面8种循环输出脉冲信号（每种循环的间隔为8个脉冲）：
┅→2秒脉冲→1秒脉冲→0.5秒脉冲→0.25秒脉冲
→0.125秒脉冲→0.25秒脉冲→0.5秒脉冲→1秒脉冲→2秒脉冲→┅ 1.2 设计要求
1. 画出电路原理图（或仿真电路图）； 2. 元器件及参数选择；
3. 编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 2 方案论证与选择 2.1 彩灯控制器的系统方案
将整体电路分为四块.第一块实现花型的演示;第二块实现花型的控制:第三块实
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现节拍控制:第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法.如花型的控制，主体框图如下:
图1 彩灯控制器方案框图
2.2 花型演示电路
花型演示电路有8个LED灯来展示效果，它们的亮灭情况为：00000000--->01010101--->00110011---->00001111--->11111111--->11110000--->11001100--->10101010--->00000000完成一次循环。且有循环周期上第一次循环为2秒，第二次循环为1秒，第三次循环为0.5秒，第四次循环为0.25秒，第五次循环为0.125秒，第六次循环为0.25秒，第七次循环为0.5秒，第八次循环为1秒。共有8种不同的周期。
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表1 彩灯亮灭真值表
脉冲 A2 A1 A0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 钦州学院本科课程设计报告
2.3 花型控制电路
由于有74ls138的逻辑功能为：
控制电路有一块74ls138和四块74ls20组成。由表1 彩灯亮灭真值表得，如果Yx输出为0，LED灯亮，否则不亮。第一个状态为00000000，而74ls138的第一个状态为01111111，因为74ls20为4与非门，所以不可以有Y0非，如果有零，与非后为1，灯亮。L1的第二个状态为0，所以
L1没有Y1非，因为Y的第二状态Y1
非为0,。同理，可得真值表1所示：L1=Y4Y5Y6Y7的非；L2=Y1Y4Y5Y6的非；L3=Y2Y4Y5Y7的非；L4=Y1Y2Y4Y5的非；L5=Y3Y4Y6Y7的非；L6=Y1Y3Y4Y6的非；L7=Y2Y3Y4Y7的非；L8=Y1Y2Y3Y4的非。 2.4 节拍控制电路
节拍控制电路要实现对脉冲的分频，产生不同频率的脉冲。然后让它在设定的时间后跳转到下个脉冲，也就是说要实现一个脉冲电路控制各状态转换的时间： 按下面8种循环输出脉冲信号（每种循环的间隔为8个脉冲）：
┅→2秒脉冲→1秒脉冲→0.5秒脉冲→0.25秒脉冲
→0.125秒脉冲→0.25秒脉冲→0.5秒脉冲→1秒脉冲→2秒脉冲→┅
也可以用卡诺图表示状态的变化情况，总的Qn+1卡诺图如图2所示。将图2的卡诺图分开成图3所示的Q3n+1,Q2n+1, Q1n+1卡诺图。分别化简个图，可求得电路的驱动方程。
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图中CD4020实现分频，73ls151数据选择器来选择不同频率的脉冲，74ls193实现经过8拍的跳转，Q3为8分频，既8拍就到下一个脉冲，当到8拍时，74ls193得到一个信号，从而使脉冲跳到下一个。 2.5 时钟信号电路
如图9-5为其逻辑符号及引脚功能，它可用于波形的整形，也可作反相器或构成单稳态触发器和多谐振荡器。
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图9-5 CC40106引脚功能 图9-6 多谐振荡器
图9-7 正弦波转化为方波
(1) 构成多谐振荡器，如图9-6所示。 (2) 将正弦波转换为方波，如图9-7所示。
3 单元电路的设计与元器件选择
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，可以由许多中小规模集成电路组成，所以可以分成许多的电路。 3.1 六进制电路的设计 元件名称 Cc4020 Cc40193 Cc40106 74ls20 74ls138 74ls151 74ls161 74ls00 规格 16 16 14 14 16 16 16 14 数量 1 2 1 4 1 1 1 1 6
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发光二极管 电位器 万用板 电容 100K 0.1u 8 1 1 1
4 系统电路总图及原理
将设计的各个单元电路进行级联，得到数字电子钟系统电路原理图如图16所示。
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由图其为由cc40106组成的多谐振荡器作为脉冲源，经过cc4020分频，再经74ls151数据选择器选择脉冲，出来的脉冲在给74ls193,实现8拍跳转。脉冲经过74ls161，让后其给74ls138控制灯的花型。
5 电路连接测试
按图16电路做成PCB板正面如图17所示，反正面如图18所示。经通电测试各项指标均符合要求。
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6 经验体会
由cc40106组成的多谐振荡器作为脉冲源，经过cc4020分频，再经74ls151数据选择器选择脉冲，出来的脉冲在给74ls193,实现8拍跳转。脉冲经过74ls161，让后其给74ls138控制灯的花型。我共用了12块芯片。
通过这次对彩灯控制器的设计作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。 从电路图的设计、实现、仿真、实验报告，都是白己思考和动手。掌握了pretuse软件的操作，用所学习过的芯片设计电路，并用面包板来实现，实现的过程中排错、检查的能力也得到锻炼。
总而言之，好好利用了学校给我们提供的此次实习的机会，努力按要求完 成了任务，提高了自己的综合思考能力和动手实践能。
参考文献
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[5]阎石.数字电子技术基础(第五版) [M].北京:高等教育出版社,2006.
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[6]邱寄帆,唐程山.数字电子技术学习指导[M].北京:人民邮电出版社,2005. [7]王卫兵.Prote 99 SE基础教程[M].北京:北京邮电大学出版社,2008. [8]胡继胜.电子CAD入门——Protel 99SE[M].北京:中国电力出版社,2008. [9]孙惠芹.电路设计PROTEL[M].天津:天津大学出版社,2008.
[10]张睿.Altium Designer6.0原理图与PCB设计[M].北京:电子工业出版社,2007.
[11]曾峰,巩海洪,曾波.印刷电路板（PCB）设计与制作（第二版）[M].北京:电子工业出版社,2005.
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