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四川航天职业技术学院 电子工程系课程设计 专业名称： G08电子信息工程技术1班 课程名称： 数字电子线路课程设计 课题名称： 双色三循环方式彩灯控制器 设计人员： 杨俐 指导教师： 李东林 2010年 6 月 16日 性能指标 控制器有8路输出，每路用双色发光二极管指示。 控制器有3种循环方式： 方式A：单绿左移一单绿右移一单红左移一单红右移； 方式B：单绿左移一全熄延时伴声音； 方式C：单红右移一四灯红闪、四灯绿闪延时。 由单刀三掷开关控制3种方式，每种方式用单色发光二极管指示。 相邻两灯点亮时间约在0.2～0.6s间可调，延时时间约在1～6s间可调。 要求用10V电源设计。 设计原理框图 设计任务中所要求的3种循环方式并不复杂，用中小规模集成电路就能实现，因此，本课题选用中小规模集成电路来设计，以提高学生综合运用数字电路的能力。 本控制器应由方式选择、计数器、译码器、LED显示电路、振荡器、控制电路、延时电路、蜂呜器等组成，其框图如图2.1所示。 图2.1 双色三循环方式彩灯控制器框图 设计方案及选用 方案一： 采用16个限流电阻。 方案二： 采用8个限流电阻。 方案三： 采用一个限流电阻。 方案比较： 采用16个限流电阻时，各元器件均能很好的承受电路中的电流，不会超过额定电流范围，比较安全。但是器件的数量过多，显的电路过于复杂，所以不予采用。 采用8个限流电阻时，每个电阻流过的电流一般为20～30mA。一般发光二极管的极限电流为20～30mA，压降为2V，电流取为10～15mA以保证有足够的亮度，而且不会损坏发光二极管。 而采用1个限流电阻时，其中流过的电流会达到20ⅹ16=320mA，显然电流比较大，电阻会出现过热的现象。 由此可判断出采用8个限流电阻时比较合适。 核心器件介绍 本控制器的核心元器件为计数器和译码器，分别采用CMOS中规模集成电路CC4516和CC4514。CC4516为16脚双列直插的中规模集成可预置数的4位二进制加／减计数器(单时钟)，其引脚如图6.35示。CC4516有5种功能：置数、清零、不计数、加计数、减计数，具体功能如表6-2所示。CC4514是4位锁存／4线—16线译码器，其输出为高电平有效。CC4514具有数据锁存、译码和禁止输出3种功能。数据锁存功能由EL端施加电平实现，EL=0时，O0～O15保持EL置“0”前的电平；禁止端/E为高电平时，O0～O15输出全为低电平；因此，CC4514若作为译码器使用时，EL应接高电平，E应接低电平，CC4514的外引脚如图4.1。 图4.1 CC4516和CC4514引脚图 表6—2 CC4516功能表 CP CE UP/DN PL MR 功能 × × × 1 0 置数，既把数P3P2P1P0送O3O2O1O0中 清零，即O3O2O1O0全为零 不计数，即O3O2O1O0保持不变 加数器 减数器 LED显示电路 LED显示电路如图5.1所示。 图5.1 LED显示电路 O0～O15为译码器4514输出。4514共有16个输出，而双色发光二极管只有8个，因此每两个输出接同一个发光二极管，接法如图5.1所示。发光二极管为双色三极发光二极管，其限流电阻有3种连接方法（16个限流电阻、8个限流电阻、和1个限流电阻），奔控制器采用8个限流电阻的方法。发光二极管的极限电流一般为20～30mA，发光二极管的压降约为2V，通过发光二极管的电流可取为10～15mA，以保证发光二极管有足够的亮度，而且这样又不易损坏发光二极管。 振荡器 振荡器有多种振荡器电路，图5.2所示的振荡器比较简单常用，其中(a)图为CMOS非门构成的振荡器，(b)图为555构成的振荡器。CMOS非门构成的振荡器的振荡周期T=1.4RC，555构成的振荡器的振荡周期T=0.7(R1+2R2)C。 图5.2 振荡器 触发器 循环方式A的设计思路如下： 本循环彩灯控制器方式A的设计难点就是控制电路(循环功能能否实现在于控制电路是否起作用)。要实现循环功能，计数器既要加法计数，也要减法计数，即加法计数到O15时变为减法计数，减法计数到O0时再变为加法计数，这可用触发器控制计数器的UP／/DN端来实现。 图5.3(a)所示为由D触发器构成的二分频电路， O15和O0作为时钟