毕业论文--多功能流水灯设计.doc

1 绪 论 1.1课题背景及目的 今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，数字逻辑电路的发展也日趋迅速，通常流水灯的设计会选择单片机编程，虽然单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，但是，选择单片机更大的增加了设计费用，并且对设计者的编程语言要求高，而在数字电路中，中规模集成电路以其功能强大、种类繁多，得到广泛应用。很多中规模集成电路都具有通用性，它的应用已不仅仅局限于其本身所具有的功能。如本文所设计的流水灯电路，就是利用中规模集成电路的功能扩展，将移位寄存器构成移存型计数器，将其输出端接到多个LED指示上。利用数字电路来控制灯的状态，并显示设计结果。其主要的电路原理：整个流水灯电路由时钟产生，流水程序控制驱动及功率控制元件电源供给电路等电路组成。 常见的流水灯控制系统中，是使用微机控制，设备复杂，成本较高；另外应用单片机控制，虽然简单，但系统智能化及传输可靠性低，且对语言的编程能力要求较高，均不理想。为了提高系统可靠性、实用性，从而研究了一种基于模拟电子技术和数字电子技术的循环控制系统。这种设计不仅仅应用到流水灯的控制，也在工业生产中提高自动化循环控制得到利用。为了发光二极管形成流水效果，将电源加在555定时器中，定时发送脉冲，通过CD4017循环计数，由CD4066控制开关，使发光二极管逐个接受高电平，循环亮起，设计中，选用四种颜色的发光二极管，从而形成更好的流水效果。 （1）设计一个彩灯控制电路，使其能够产生一个控制信号控制彩灯实现灯光变换的功能。 （2）该彩灯控制电路，在完成基本变化的基础上，可以实现彩灯的流向性，间歇性变化的要求，从而使彩灯更加丰富化。 （3）给彩灯流水控制电路一个控制信号，并能够使其通过利用组合电路实现自控、手控、流向控制等全方位功能。 （4）该多功能流水灯具有定时功能。有模拟开关控制灯光的亮暗，彩灯会根据預定的要求作流向、间歇性变化，彩灯与彩灯之间亮暗间隔一定时间，从第一个彩灯开始直至最后一个，然后作重复性状态。 （5）通过利用中规模集成电路中可逆计数器和译码器实現正、逆流水功能，与此同時，根据需要使彩灯作各种各样的变化。 根据本次设计的要求，设计流水控制的原理框图如图11所示。 图11 原理框图 直流电源用于提供相关电路的工作电源。振荡器用于产生脉冲信号推动计数译码器工作。计数译码器在推动脉冲的作用下其Q0—Q2依次循环输出高电平，开关电路受计数译码器输出的高低电平控制。高电平输出，对应的开关闭合，低电平输出，对应的开关断开。循环定时器实际上是一个低频振荡器，它输出的高低电平，用于控制自动切换电路。定时器输出高电平，自动切换电路使K1,K2处于图示状态，灯光产生的流水感自左向右．定时器输出低电平,K1,K2同时改变状态，灯光产生的流水感变为自右向左。2 流水灯控制电路组成 2.1 555定时器 555定时器是一种应用特别广泛作用很大的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。其作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。 2.1.1电路组成 555集成定时器的内部结构如图21所示，由基本RS触发器、比较器、分压器、晶体管开关和输出缓冲器五个部分组成。 图21 555内部结构 (1)基本RS触发器 由两个与非门组成，是专门设置的可以外部进行置0的复位端，当=0时，使=0、=1。所以可以把 555 电路等效成一个放大电开关的 R-S 触发器。这个特殊的触发器有两个输入端：阀值端（）可看成是置零端 R，要求高电平；触发端（）可看成是置位端 S，低电平有效。它只有一个输出端 OUT，OUT可等效成触发器的端。放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的端控制：=1 时DIS端接地；=0 时 DIS 端悬空。此外这个触发器还有复位端，控制电压端CV，电源端VCC 和接地端GND。即图2.2所示。 图22 555等效的R-S触发器 这个特殊的 R-S 触发器有两个特点：（1）两个输入端的触发电平要求一高一低：置零端 R 即阀值端 TH 要求高电平，而置位端S即触发端则要求低电平。（2）两个输入端的触发电平，也就是使它们翻转的阀值电压值也不同，当 CV 端不接控制电压是，对（R） 端来讲， 2/3Vcc 是高电平 1， 2/3Vcc 是低电平 0；而对（S）端来讲， 1/3Vcc 是高电平 1， 1/3Vcc 是低电平 0。其功能真值表如表2.1所示。如果在控制端 CV 加上控制电压 VC，这时上触发电平就变成 VC 值，而下触发电平则变成 1/2VC。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。 表2.1功能真值表 OUT DIS 1 1 0 低电平 1 0 1 Qn 保持