彩灯控制器

Posted 2022-08-01 行走的皮卡丘

彩灯控制器

• 一、设计任务与要求
• • 基本要求
  • 提高要求
• 二、方案设计与论证
• • 方案一
  • 方案二
• 三、单元电路设计与参数计算
• • 1.脉冲电路输入
  • 2.计数译码电路
  • 3.电阻和彩灯组
• 四、总电路工作原理及元器件清单
• • 1.总原理图
  • 2 电路完整工作过程描述（总体工作原理）
  • 3．元件清单
• 五、仿真调试与分析
• 六、结论与心得
• 七、参考文献
• 仿真文件

一、设计任务与要求

基本要求

• (1)设计一个十盏彩灯的控制电路，要求彩灯具有单向流水效果
• (2)彩灯的流向可以变化。可以正向流水，也可以逆向流水。彩灯流动的方向为手动控制

提高要求

• （3）彩灯流动的方向也可以自动控制，自动控制往返变换时间为5s
• （4）彩灯可以间歇流动，10s间歇一次，间歇时间1s。

二、方案设计与论证

根据方案和反复调试，最红决定完成任务的基本要求，控制彩灯的单向流水，包括正向流水和逆向流水，流动方向为自动控制。

方案一

由时钟信号电路，控制电路以及电阻和流水灯组组成。时钟信号电路有一片555芯片、电容、电阻组成脉冲发生器。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲。而其中的控制电路包括用四位二进制计数器74LS160和与非门连接控制彩灯串行输入，用四片移位寄存器74LS194并联和或门连接控制流水灯的输出。
此方案在接线情况方面比较复杂，工程量巨大。手控和自动控制的流动方向很复杂，仿真情况也不尽如人意，因此决定通过改变计数译码电路来调整整体情况。

方案二

由脉冲输入电路、控制电路、计数译码电路以及电阻和流水灯组组成。时钟信号电路直接换成简单有效的时钟脉冲输入，而其中的计数电路中芯片换成protues能够运行仿真的74LS190计数器来完成；译码电路，就是有原本的四片移位寄存器74LS190换成简单的译码器74HC42。控制电路是由多个开关和74LS190的功能端接口组成，通过功能端控制流水灯的亮灭情况。
经由上述比较，得出电路方案的大致框图如下：

三、单元电路设计与参数计算

1.脉冲电路输入

直接用脉冲信号产生上升沿和下降沿来控制计数器从0000到1111的状态变化或从1111到0000变化。

2.计数译码电路

计数译码电路就是由计数器74LS190和译码器74HC42组成。74LS160将四个输出传送到74HC42的输入端，然后通过译码器74HC42和电阻控制灯泡亮灭。 如下图1.2和1.3。

图1.2中有三个开关，SW1.SW2.SW3。SW1三端分别连接74LS190的加减控制端、高电平和低电平。通过控制SW1的高电平和低电平来控制彩灯的流动方向，即正向和反向。SW2是普通开关，连接E端，即工作状态控制端。当E为0时计数器输出将保持原状态，即SW可以控制流水灯的进行和停止。SW3也是单刀双掷开关，三端分别接计数器的异步清零端，高电平和低电平。当PL端接高电平时，连同时钟将被置零，可以改变整个彩灯流水状态
Q0——Q4为可逆十进制计数器的输出，它由脉冲控制。当脉冲给出一个上升沿，状态从0000开始改变变化值1111，再继续循环下去。
图1.3中，输入值ABCD的值就是十进制计数器74LS190的输出值，其输出为十进制数的四位二进制编码，通过四个输入值ABCD的改变，输出的是与10个十进制数字相对应的十个信号，把输入的BCD码翻译成10个十进制数字信号。由于需要，我们在每个出口后面都连接了一个非门，来控制流水灯的亮灭情况。

3.电阻和彩灯组

流水灯为要求所需，在彩灯前加入电阻限流保护流水灯不被烧坏；尽管在仿真电路中影响不大，在在实际电路中这是极其需要注意的。如图1.4

四、总电路工作原理及元器件清单

1.总原理图

2 电路完整工作过程描述（总体工作原理）

整个电路图由一个脉冲输入信号，三个开关其中两个为单刀双掷开关以及单刀开关，一个单时钟同步可逆十进制计数器，一个二——十进制四线——十线译码器，10组非门以及10组电阻和流水灯组成。依次为时钟信号输入电路，控制电路，计数译码电路以及LED灯组。
由于只完成基本要求，那么时钟信号输入只需加入一个脉冲信号即可。

• 计数电路即74LS190通过脉冲信号给的上升沿状态从0000至1111变化，然后计数器将输出传向二——十进制译码器的输入，从而能控制流水灯的变化。
• 控制电路有三个开关SW1、SW2、SW3分别控制流水灯的正反流向，进行和暂停，以及整体置零。
  若将SW3接向高电平，将SW2闭合，这时如果SW1接向低电平，流水灯将正向流动，如果SW1接向高电平，流水灯将反向流动。
• 若将SW3接向高电平，SW2断开，SW1任意接高电平还是低电平，那么这是流水灯不论是在正向流动还是逆向流动都将暂停下来，这是SW2再闭合，流水灯能从暂停的那个地方继续按照原来的方向流动下去。此时若是SW3接向低电平，这时都会变暗。
  若将SW3接向低电平，那么无论SW1和SW2是接高电平还是低电平，整个流水灯都会变暗。如果SW2原本接低电平，SW1闭合，按下SW3复位后可以按照刚才的节奏马上从第一个灯流动；但是此时如果SW2接高电平，SW1闭合，这个时候按下SW3复位后，需要等6个状态后等才能从最后一个开始流动。原因在于最后一个灯亮的时候需要的输入状态为1001，因为是逆向流动，从1111变到1001需要经过6个状态。分别是1111——1110——1101——1100——1011——1010——1001。

3．元件清单

五、仿真调试与分析

• 当决定放弃接线复杂的第一种方案后，第二种简单直观的方案给我们省了不少麻烦。直接有用可逆计数器来计数和有刚好的四线——十线译码器，直接和非门相连接就组成功能电路。实验中因为元件标号问题和因为一些元件不能再proteus仿真，便换成不同型号，上面花了一点时间。
  在基本电路连接好完成后，只用了一个单刀双掷开关也就是SW1原理图中的来控制流水灯的正反转流动，然后想想能不能控制正反转的开始和停止，便在E端加了SW2。当SW2闭合，通过控制SW1来控制流水灯正反转。当SW2断开，那么无论流水灯是正向还是逆向，都会停止在SW2闭合前的最后一个状态，此时再把SW2闭合，就能够按照原来的方向流动。
• 在能够控制流水的开始和暂停后，我又再想到了能不能用开关使流水灯全部变暗或者变为初状态。于是添加了SW3。SW3的仿真情况如上，即：若将SW3接向低电平，那么无论SW1和SW2是接高电平还是低电平，整个流水灯都会变暗。如果SW2原本接低电平，SW1闭合，按下SW3复位后可以按照刚才的节奏马上从第一个灯流动；但是此时如果SW2接高电平，SW1闭合，这个时候按下SW3复位后，需要等6个状态后等才能从最后一个开始流动。原因在于最后一个灯亮的时候需要的输入状态为1001，因为是逆向流动，从1111变到1001需要经过6个状态。分别是1111——1110——1101——1100——1011——1010——1001。
• 由于这6个状态需要等上一段时间，还没有想到如何能使逆向流动的时候直接将1001赋给ABCD。有想法的话，会继续更改。

六、结论与心得

通过完成这次的实验任务，我们认识到完成一个项目，最重要的是团队的分工合作及处理好整体与局部的关系。开始计划去实现这个作品时，我们是从整体上去分析完成这个作品需要有哪些要求，需要些什么器件来完成，这个通过查找资料很快就了解了，而刚好我们的选题中需要的芯片在以前学习的知识中一定的了解。难点就在于把各个功能模块结合起来和之后的功能调试，我们每个负责各自的部分，然后再和起来，其中也有我们失败的案例。一开始是想完成提高要求，但由于准备没有太充分以及不是太了解，所以选择能力范围内选题。这次的课程设计最大的收获就是了解了电子技术设计的一般思路，也收获能够将所学知识运用于生活的快乐。

从中得出以下基本结论：
数字电路课程设计中必须处理好主体与局部之间的协调完整，才能实现设计的理想效果。

• 第一、在设计之前必须要有一个缜密的全局构思，根据设计要求拟定设计流程分析各个阶段的具体问题及相应解决方法。
• 第二、画出设计流程图，根据流程图选用相应的方法完成设计。
• 第三、结合设计要求和原理绘制电路，运行仿真。
• 第四、根据仿真结果对设计中存在的问题进一步优化校正。
  一定要完成理论到实践的跨越才能更好的运用所学的知识解决实际问题、才能提升自己的实际操作能力、才能结合实际条件来创新设计拓展思维。

七、参考文献

• [1]李继凯 ，杨艳.数字电子技术及应用[M].北京：科学出版社,2012：71,228-229,143
• [2]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社.1996：113
• [3]李俊梅.数字电子器件与应用[M].杭州：浙江大学出版社,2011：69

仿真文件

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