彩灯课程设计说明书总体方案设计.doc

1 前言 随着社会市场经济的不断繁荣和发展，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。彩灯又名花灯，彩灯艺术也是灯的综合性装饰艺术。彩灯的产生，是从人类运用火、发明灯、制造灯具等发明出来的。随着我国科学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出。传统的制灯工艺和现代科学技术紧密结合，将电子、建筑、遥控、机械、声学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、艺术性、趣味性、知识性相统一的典范。 在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多为采用霓虹灯管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。这些灯的控制设备多为数字电路。 本次设计采用的555定时器作为脉冲控制部分，自1972年美国SIGNEILCS公司开发出NE555时基电路以来，至今已有30多年的历史，由于该集成电路成本低，易使用、适用面广、稳定性高，占领了广大市场，经久不衰，受到电子、电气设计与制作人员的欢迎世界各国集成电路生产厂商纷纷竞相仿制。目前该类产品已形成一支庞大的队伍。 这次需要解决的问题主要是通过各种元器件，使用数字电路和模拟电路，实现彩灯的忽明忽暗功能，使其更具有观赏性。目的是为了进一步掌握数字电路课程所学的理论知识了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。’。可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。 本次课程设计只是一次初级的对数字电子技术和模拟电子技术的应用，相关问题解决的还不太完善，方案也不是最优化的，随着以后学习到的知识的加深，相信方案可以变得更好。 2 总体方案设计 2.1 方案比较 方案一：根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。 图2.1.1总体方案一框图 由于程序循环一次要12秒，故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频率控制CLR’。可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。 多谐振荡器用于产生连续的脉冲方波周期性信号，并且每个脉冲的上升沿或者下降沿将使彩灯输出信号发生一次改变，周期的改变可以通过此模块实现。 16分频计数器是由74LS161构成，本次设计将利用它的计数功能，使输出端的计数分为四路，达到四路彩灯控制的要求。 移位计数器的功能是用芯片74LS194实现的，移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器，只需改变左、右移的控制信号便可实现双向移位的要求。输出接彩灯输出电路，便可以实现其要求。 方案二： 图2.1.2 总体方案二框图 根据课程设计要求，首先需要脉冲控制电路版块，这一部分由555时基电路组成的多谐振荡功能来实现，产生连续的周期性的方波信号，并且可以调节脉冲周期的长短，从而控制脉冲分配器，使其输出的信号能够驱动固态继电器。固态继电器受触发后依次开通，驱动彩灯按次序发光。固态继电器需要四个，分别与每组灯相连，分开控制每个灯泡，它的通态输出电流可达3A（有效值），由于市电为220V,所以每路彩灯可控最大功率可达600W。本方案属于大功率电路，适用的范围很广，灯光较亮，但是耗能很高，成本较高。 方案三： 图2.1.3 总体方案三框图 电源电路由整流二极管、限流电阻器、稳压二极管和滤波电容器组成。彩灯控制电路由计数器集成电路IC、电阻器肛-R13、电容器、可变电阻器RP、晶闸管和彩灯组成。交流220V电压经整流、限流降压、稳压及滤波后，为IC提供6.8V直流工作电源。在接通电源后即工作，IC对多谐振荡器产生的振荡信号进行分频计数后，从IC的Q4-QlO端和Q12-Q14端输出变化的控制电平，使间歇导通，彩灯按不同的频率闪烁发光调节RP的阻值，可改变彩灯闪烁的频率。 图2.1.4 总体方案四框图 总体电路共分三大块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制及节拍控第三块实现时钟信号的产生。将花型控制和节拍控制放在一个模块里实现。 方案五： 图2.1.5 总体方案五框图 在方案四的基础上将整体电路分为四块。第一块实现时钟信号的产生；第二块实现节拍的控制；第三块实现花型控制；第四块实现花型的演示。