毕 业 (设 计) 论 文题目： 彩灯显示控制电路的设计 系部： 电气工程与自动化 专业： 机电一体化 班级： 机电 A1204 班 姓名： 胡豪 指导教师： 刘艳萍 山 西 职 业 技 术 学 院山西职业技术学院毕业论文 1目 录摘 要 .31、系统简介 .41.1 系统简介 .41.2 系统的特点 .42、系统功能 .72.1 设计要求 .72.2 设计彩灯显示控制电路 .7结 束 语 .11附 录 .12参考文献 .13山西职业技术学院毕业论文 2摘要电子技术试验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力，培养学生具有严谨的工作作风。实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公务的优良品质，从今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。随着人们生活水品的提高，环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到很多彩色的霓虹灯。特别是当今充满竞争的时代，各地政府为吸引游客和投资者，在城市的沿街、沿道、沿河、沿线等地用霓虹灯造景，实施“亮化工程”,以美化环境、树立城市形象。当今时代是一个新技术层出不穷的时代，尤其是在自动化智能控制的电子领域，给人们的生活增添了色彩，也带来了方便和舒适。比如五颜六色的广告流水灯每到晚上把许多娱乐场所、理发店、宾馆、饭店、公司的门外点缀的格外迷人。为了使造价低廉、清洁无污染的 LED 灯在电子产品装饰、显示屏电子广告、数码与字符显示、节能灯等领域得到广泛的应用，采用 LED 灯来装饰已成为一种时尚。采用数字基层电路的控制方法，结合十进制计数器/译码电路设计了该控制电路系统。该系统由电源、时钟电路、计数器和译码显示电路 4 部分组成。能实现任意方式的流水，只要改变每路发光二极管的数目和图案，就可以随心所欲的流水花样。它可以分为工作状态指示，具有环保、节能等特点。制作流水灯的方法有多种，有传统的分立元件，由数字逻辑电路构成的控制系统和单片机智能控制系统等。关键词：555 定时器；循环点亮；74ls138 3-8 译码器；74LS161 计数器；山西职业技术学院毕业论文 31、系统简介1.1 系统简介（1）设计采用 74LS138 芯片，实现 4 位彩灯循环点亮电路。74LS138 为 3-8 线译码器，他的工作原理是：当一个选通端（E1）为高电平，另俩个选通端 E2 和 E3 为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在 Y0 至 Y7 对应的输出端以低电平译出。举例说明：如果 A2A1A0=001，那么 Y1 输出 0，其余输出 1，发光二极管阴极接 Y0-Y7，阳极接 VCC，接上限流电阻，则 Y1 端发光二极管发光。课题要求设计四位二极管循环点亮，则需要一系列脉冲序列，使得 A2A1A0 电平发生变化。即依次选通 Y0-Y7，脉冲从 000-111。（2）设计利用 74LS161 产生脉冲序列 000-111 控制 74LS138 的 A2A1A0，依次选通 Y0-Y7，并作为计数器。采用 555 定时器产生方波，作为计数的时钟脉冲。将振荡器的震荡脉冲进行计数，计数器的输出作为译码器的地址输入，经译码器控制各路彩灯依次发亮。用图 1 表示如下。图 11.2 系统的特点由 555 定时器组成多谐振荡器，作为电路时脉冲源。74LS161 组成计数电路，74LS138 组成译码电路对计算电路的脉冲进行译码输出，驱动 4 个发光二极管的亮、灭。彩灯的控制是用数字集成电路的构成来实现的，用彩灯（LED 发光二极管）构成一个发光矩阵。主要用计数器和译码器等来实现，其特点是用发光二极管显示，构成具有循环功能的彩灯控制电路。74LS161 产生 000-111脉冲序列555 定时器产生方波74LS138 选通发光二极管八位发光二极管山西职业技术学院毕业论文 42、系统功能2.1设计要求四路彩灯循环点亮电路功能描述：四只彩灯按顺序轮流点亮，首先点亮第一盏灯，在第一盏灯熄灭之后，点亮第二盏灯，在第二盏灯熄灭之后，再去点亮第三盏灯，以此类推，直到点亮第四盏灯，看上去的效果就像亮点从第一盏灯依次流向第四盏灯，然后有点亮第一盏灯，反复循环这一过程。2.2 设计电路分析1 发光二极管设计所选取的红色发光二极管，导通压降为 1.5-2V，取 1.5V 计算，导通电流为 2-5mA，如图所示，最大 R=（VCC-1.5）/2=1.75k，最小 R=（VCC-2）/5=700 ，但做实际电路时限流电阻取 470 电阻，所以仿真及原理图绘制时都选取的 470。2 脉冲序列设计采用反馈置数法，产生 000-111 脉冲序号，时钟脉冲外部接入，原理图如图 2 所示 图 23 矩形波发生器利用 555 定时器构成多谐振荡电路，由 RC 电路充放电公式计算T1=0.7（R1+R2）C, T2=0.7R2C, T=T1+T2. 通过计算可得到一定频率，一定占空比的方波信号，此处 C=0.1F。如图 3 所示。山西职业技术学院毕业论文 5图 32.2.1 555定时器555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发山西职业技术学院毕业论文 6器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。2.2.2 555定时器的构成及各管脚的功能555 定时器内部结构的原理图简化如图 4 所示。它是由俩个电压比较器、放电三级管、一个由与非门构成的 RS 触发器，以及由三个 5K 的电阻构成的分压器组成。电压比较器 C1 的参考电压为 2/3Ucc，加在同时输入端；C3 的参考电压为 1/3Ucc，加在反相输入端。两者均可由分压器上取得。555 定时器的封装为 8 引脚的双列直插芯片。其中：1为接地端；2为低电平触发端，当 2 端的输入电压高于 1/3Ucc 时触发器保持不变，当 2 端的输入电压低于 1/3Ucc 时基本 RS 触发器触发置“1”；3为输入端；4为基本 RS 触发器的直接复位端，由此输入的低电平信号可是触发器直接复位（置“0“）；5为电压控制端，不用时可直接经电容接地； 6为高电平触发端，输入电压低于 2/3Ucc 时触发器保持不变，输入电压高于 2/3Ucc 时触发器置“0”； 7为放电端，常用于给外接电容元件提供放电通路； 8为电源端，一般接在 5-18v 的直流电源上。山西职业技术学院毕业论文 7图 4该电路输出矩形脉冲的周期取决于电容器充、放电的时间常数，显然其充电时间常数 1 为（R1+R2）C,放电手机间常数 2 为 RC，故输出的矩形波的周期为 0.7（R1+2R2）C。通过改变电容的大小来改变充电、放电的时间常数就可以改变矩形波的周期和脉宽。2.2.3 74LS16174LS161 是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。原理：这种同步可预置四位二进计数器是由四个 D 型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数、置数、禁止、直接（异步）清零等功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工