彩燈控制器仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

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2018-9-13 22:18 上傳

基本要求：

(1)設(shè)計(jì)一個(gè)十盞彩燈的控制電路，要求彩燈具有單向流水效果

（2）彩燈的流向可以變化。可以正向流水，也可以逆向流水。彩燈流動(dòng)的方向?yàn)槭謩?dòng)控制

提高要求：

（3）彩燈流動(dòng)的方向也可以自動(dòng)控制，自動(dòng)控制往返變換時(shí)間為5s

（4）彩燈可以間歇流動(dòng)，10s間歇一次，間歇時(shí)間1s。

二．方案設(shè)計(jì)與論證

在基本求上分析，我們可以簡(jiǎn)單的看出需要10盞彩燈，還有一個(gè)發(fā)出脈沖信號(hào)的源件，并且需要可以使信號(hào)循環(huán)移位的元器件，這個(gè)元器件可以有很多種選擇，然后對(duì)于高級(jí)的要求，可以看出，這里需要一個(gè)計(jì)數(shù)器跟555定時(shí)器和電容電阻組成的脈沖電路，從而實(shí)現(xiàn)提高要求里面的需求，以下的兩個(gè)方案則是對(duì)于基本要求而設(shè)計(jì)出來(lái)的兩個(gè)可行方案。

方案一：由時(shí)鐘信號(hào)電路，控制電路和電阻和流水燈組組成。時(shí)鐘信號(hào)電路有一片555芯片、電容、電阻組成脈沖發(fā)生器。主要是為燈光流動(dòng)控制器提供流動(dòng)控制的脈沖。其中的控制電路包括用四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160和與非門連接控制彩燈串行輸入，用四片移位寄存器74LS194并聯(lián)和或門連接控制流水燈的輸出。

方案二：對(duì)于方案一本方案采取了另一種比較簡(jiǎn)單的方法，用了一個(gè)74LS190可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器，一個(gè)74HC42四線--十線譯碼器，跟一個(gè)開關(guān)就實(shí)現(xiàn)了彩燈的左移以及右移功能，我們通過控制開關(guān)來(lái)控制74LS190可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器采取加計(jì)數(shù)功能還是減計(jì)數(shù)功能，然后再將信號(hào)輸出給74HC42四線--十線譯碼器，從而就實(shí)現(xiàn)了彩燈的左移以及右移功能，這種方案設(shè)計(jì)比方案一簡(jiǎn)單了很多，好操作。

經(jīng)由上述比較采用方案二得出電路方案的大致框圖如下：

脈沖輸出 →控制電路  → 74LS190二—十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器

                                     ↓

電阻和流水燈組← 74HC42四線——10線譯碼器和非門

                       圖1 總體設(shè)計(jì)框圖

• 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算
  

74LS190電路是十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，它是單時(shí)鐘控制的，能夠完成置數(shù)、加減計(jì)數(shù)、保持功能，還有進(jìn)位或借位、級(jí)聯(lián)等功能。功能表如下：

74HC42是二-十進(jìn)制譯碼器，其輸入的是十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼（BCD碼），輸出的是與10個(gè)十進(jìn)制數(shù)字相對(duì)應(yīng)的10個(gè)信號(hào)，就是把輸入的BCD碼翻譯成10個(gè)十進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的譯碼器。其真值表如下：

74LS190可逆計(jì)數(shù)器接受脈沖，上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)，每來(lái)一個(gè)上升沿信號(hào)計(jì)數(shù)一次，相應(yīng)在74HC42譯碼器中就翻譯一次，就會(huì)使10個(gè)led燈逐漸亮起。

它由分壓器、比較器、基本R--S觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個(gè)5K?的等值電阻串聯(lián)而成。分壓器為比較器1A、2A提供參考電壓，比較器1A的參考電壓為2/ 3 Vcc，加在同相輸入端，比較器2A的參考電壓為 1 /3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放1A、2A組成。高電平觸發(fā)信號(hào)加在1A的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本R--S觸發(fā)器_ DR端的輸入信號(hào)；低電平觸發(fā)信號(hào)加在2A的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本R—S觸發(fā)器_ DS端的輸入信號(hào)�；�本R--S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器1A、2A的輸出端控制。

由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖3.4所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。其工作波如圖3.5所示。

圖5  由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器

圖6 　工作波形圖

設(shè)電容的初始電壓Uc＝0，t＝0時(shí)接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸 發(fā)端THV＝TLV＝0<1 /3Ｖcc，比較器A1輸出為高電平，A2輸出為低電平，即_ RD=1, _SD=0?（1表示高電位，0表示低電位），RS?觸發(fā)器置１，定時(shí)器輸出u0=1?此時(shí)_ Q=0, 定時(shí)器內(nèi)部放電三極管截止，電源Vcc經(jīng)1R，2R向電容Ｃ充電，cu逐漸升高。當(dāng)uc上升到 1/ 3 Vcc時(shí)，A2輸出由0翻轉(zhuǎn)為１，這時(shí)_RD=_SD=1，R_S?觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<1 t期間，定時(shí)器輸出u0為高電平１。

t=t1時(shí)刻，uc上升到2 /3 Vcc，比較器A1的輸出由１變?yōu)?， 這時(shí)_RD=0?，_SD=1，R_S觸發(fā)器復(fù)0，定時(shí)器輸出u0=0。

t1<t<t2期間，_ Q1=1,放電三極管Ｔ導(dǎo)通，電容Ｃ通過R2放電。uc按指數(shù)規(guī)律下降， 當(dāng)uc<2 /3 Vcc時(shí)比較器A1輸出由0變?yōu)?，Ｒ－Ｓ觸發(fā)器的_RD=_SD=1 ，Ｑ的狀態(tài)不變，u0的狀態(tài)仍為低電平。

t=t2時(shí)刻，uc下降到1 /3 Vcc，比較器A2輸出由1變?yōu)?，R---S觸發(fā)器的_RD=1， _SD=0，觸發(fā)器處于1，定時(shí)器輸出u0=1?。此時(shí)電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。

通過上述分析可知，電容充電時(shí)，定時(shí)器輸出u0=1?，電容放電時(shí)，u0=0，電容不斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無(wú)外部信號(hào)輸入，卻能輸出矩形波,其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋?

振蕩周期:  由圖7可知，振蕩周期T=T1+T2。T1為電容充電時(shí)間，T2為電容放電時(shí)間。

充電時(shí)間 T1=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C ????                  

放電時(shí)間 T2=R2Cln2=0.7R2C?

矩形波的振蕩周期T=T1+T2=ln2(R1+2R2)C=0.7(R1+2R2)C ???

?   因此改變R1、R2和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。

1．總原理圖

圖9   仿真總電路圖

2．電路完整工作過程描述（總體工作原理）

如圖4.1為彩燈控制器電路。其中主要由時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器555、可逆計(jì)數(shù)器74LS190，4-10線譯碼器74HC42、和D觸發(fā)器反饋控制電路組成。

時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器與NE555構(gòu)成，產(chǎn)生信號(hào)頻率為f=1/ 0.7(R4+R2)C1

改變參數(shù)改變可以設(shè)置實(shí)驗(yàn)所需頻率，控制彩燈的流速。時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器的脈沖作為可逆計(jì)數(shù)器74LS190的脈沖源。

Sw2手動(dòng)，打向左邊、自動(dòng)開關(guān)為為手動(dòng)，打向右邊為自動(dòng)。

Sw1控制燈的流向。打向地時(shí)，給U12的5引腳輸入低電平，U12作加法計(jì)數(shù)，通過4-10線譯碼器74HC42翻譯成可視信號(hào)，控制彩燈正向流動(dòng)；打向電源時(shí)，

給U12（計(jì)數(shù)器）的5引腳輸入高電平，U12作減法計(jì)數(shù)，通過4-10線譯碼器74HC42翻譯成可視信號(hào)，控制彩燈逆向流動(dòng)。

因調(diào)出555輸出的脈沖周期為T=0.7(R1+2R2)C=0.7*(10K+2*30K)*10*10^-6=.05s

所以10個(gè)剛好為5s。然后U13（雙D觸發(fā)器其中的一個(gè)觸發(fā)器）在第一個(gè)燈亮?xí)r（高電平）置0，則Q非輸出高電平給計(jì)數(shù)器的U/D端，讓其做減法計(jì)數(shù)；U13（雙D觸發(fā)器其中的一個(gè)觸發(fā)器）在第十個(gè)燈亮?xí)r（高電平）時(shí)，即來(lái)了一個(gè)上升沿脈沖，使輸出翻轉(zhuǎn)（Q非連著D）則Q非輸出低電平給計(jì)數(shù)器的U/D端，讓其做加法計(jì)數(shù)，如此實(shí)現(xiàn)5s自動(dòng)往返。

五、仿真調(diào)試與分析

第二：由電路自動(dòng)控制led燈的流向。就是通過雙D觸發(fā)器中的一個(gè)D觸發(fā)器的反饋電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制led燈的流向。

在U/D端用個(gè)一刀雙擲開關(guān)控制手動(dòng)開關(guān)和自動(dòng)流向（雙D觸發(fā)器中的一個(gè)Q非輸出）

（1）如圖：正向流動(dòng)（圖10—2）（圖10—3）。

                                     圖10—2

圖10—3

（2）如圖：逆向流動(dòng)（圖10—4）和（圖10—5）

                圖10—4

第三：

因調(diào)555輸出的脈沖周期為T=0.7(R1+2R2)C=0.7*(10K+2*30K)*10*10^-6=.05s

所以10個(gè)剛好為5s。然后U13（雙D觸發(fā)器其中的一個(gè)觸發(fā)器）在第一個(gè)燈亮?xí)r（高電平）置0，則Q非輸出高電平給計(jì)數(shù)器的U/D端，讓其做減法計(jì)數(shù)；U13（雙D觸發(fā)器其中的一個(gè)觸發(fā)器）在第十個(gè)燈亮?xí)r（高電平）時(shí)，即來(lái)了一個(gè)上升沿脈沖，使輸出翻轉(zhuǎn)（Q非連著D）則Q非輸出低電平給計(jì)數(shù)器的U/D端，讓其做加法計(jì)數(shù)，如此實(shí)現(xiàn)5s自動(dòng)往返。

如下為全圖11

• 結(jié)論與心得
  

時(shí)間總是過得那么快的，就這樣就過了一周，一周的時(shí)間的確很短，但是我們?cè)谶@一周中學(xué)的還是挺多的。一開始選到了這個(gè)題目就感覺沒什么思路的，然后就去查看有關(guān)資料，查到的資料還是比較有用的，有了資料也沒那么容易做到的。畢竟課程設(shè)計(jì)不同于實(shí)驗(yàn)課，電路圖的方法和原件都是靠自己去想和去挑選的，還有電路圖都要自己設(shè)計(jì)。開始的時(shí)候仔細(xì)分析題目，再加上自己找到的資料與提示和同組成員一起去分析，心中才有了一點(diǎn)思路。將每個(gè)要求根據(jù)不同的功能化分成模塊，再分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，逐個(gè)攻破，最后再將其整合即可。

其實(shí)在開始課程設(shè)計(jì)之前就多少有聽聞?wù)f這個(gè)實(shí)驗(yàn)的難度，所以在課程設(shè)計(jì)到來(lái)之前都是帶著一點(diǎn)擔(dān)憂的心情，剛開始拿到題目的時(shí)候真的一點(diǎn)思路都沒有然后就上網(wǎng)查找相關(guān)的資料以及去圖書館查找相關(guān)的書籍，剛開始查找到的資料很大部分都是通過Multisim這個(gè)軟件來(lái)完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)的，在那個(gè)時(shí)候我就在想要不要去學(xué)習(xí)這個(gè)軟件的運(yùn)用方法然后在這個(gè)軟件里面通過借鑒一些前輩們的做法然后自己做出來(lái)，但是感覺這樣子有點(diǎn)花時(shí)間而且以后Multisim這個(gè)軟件的使用次數(shù)可能會(huì)有點(diǎn)少，所以我就想試試看能不能在proteus上面實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)里面彩燈控制的課程，剛開始是遇到了很多的難題，元器件的不同以及相關(guān)功能的不了解是一個(gè)很大的難關(guān)，最主要的原因是之前學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)遺忘了很多，所以又馬上找出之前的書本查閱了相關(guān)元器件的功能以及用法，網(wǎng)上很多參考文獻(xiàn)的做法都是運(yùn)用了書本上的內(nèi)容，所以復(fù)習(xí)之前學(xué)過的知識(shí)是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

通過一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)我深刻的了解對(duì)學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)的及時(shí)復(fù)習(xí)是非常重要的，因?yàn)槟悴恢�道你以后是否要運(yùn)用到你現(xiàn)在學(xué)習(xí)到的知識(shí)，當(dāng)你運(yùn)用到的時(shí)候你就會(huì)感謝之前你的努力學(xué)習(xí)，在課程設(shè)計(jì)中我還明白了一個(gè)道理，想要做成功一件事需要沉得住氣，要有耐心，當(dāng)遇到難題一時(shí)半會(huì)解不出來(lái)的時(shí)候，不要給自己太大的壓力，要給自己信心，相信自己可以解決這些難題，團(tuán)隊(duì)合作也是一個(gè)很重要的條件，一個(gè)人的力量是有限，兩個(gè)人的力量肯定是比一個(gè)人強(qiáng)得多的，俗話講：三個(gè)臭皮匠賽過諸葛亮，所以在課程設(shè)計(jì)過程中要多與組員討論，你解決不了的問題有可能組員解決的了，或者實(shí)現(xiàn)某一功能的路徑組員有更簡(jiǎn)單的方法。在過去的一個(gè)星期里面，雖然有苦但是收獲也是很多的

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