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1、西安电子科技大学长安学院课程设计报告书数字集成电路十路彩灯控制器学生姓名学生姓名：班班 级级：学号学号：指导老师指导老师：西安电子科技大学长安学院- 1 -目录目录第一章第一章 绪论绪论2第二章第二章 方案设计方案设计.32.1设计目的及任务要求32.1.1 设计目的.32.1.2 任务要求.3 2.2 电路设计原理及方案.3第三章第三章 基本电路设计基本电路设计.53.1 振荡电路设计5 3.2 计数译码电路设计5 3.3 显示电路设计5 3.4 整体电路图及工作原理.6第四章第四章 器件介绍器件介绍.74.1 CD4017 芯片功能及应用.7 4.2 NE555 芯片功能及应用.8 4.3
2、 电阻10 4.4 发光二极管11 4.5 电位器.11第五章第五章 焊接调试焊接调试.125.1焊接工具电烙铁.125.2焊接方法.125.3. 焊接质量不高的原因.125.4 焊接成果.13第六章第六章 设计总结设计总结.14西安电子科技大学长安学院- 2 -第一章第一章 绪论绪论本设计通过对彩灯的设计，训练对电气、单片机、电子技术等内容的应用能力，掌握对电子产品设计的流程以及各种要求。彩灯技术已广泛得在霓虹灯、广告彩灯、汽车车灯等领域中应用。单片机的控制电路的设计是彩灯应用的一个瓶颈。课程设计主要培养学生综合运用所学的知识与技能分析与解决问题的能力，并巩固和扩大学生的课堂知识。通过课程设
3、计学会查阅、使用各种专业资料和网上资源，并以严肃认真、深入研究的工作作风完成设计任务，逐步向工程技术员转变,培养毕业生独立完成任务的能力，体现和检验综合设计能力，大力提高毕业生的技术水平，培养新一代既有理论、又有动手能力的实用性人才，以适应国际建设和发展的需要。了解彩灯线路的基本理论，掌握分析方法对能够熟练地进行彩灯应用电路的设计与制作是十分必要和重要的。本课题介绍一种基于在系统可编程器件（ISP）来实现的可编程的现代彩灯控制系统。该方案的优点是系统体积小、功耗小、可靠性高、调节灵活、多功能、多花案、使用灵活方便。该控制系统可控制的灯具数为 64 组，控制方案多达 64 种，能根据需要减少或扩
4、展灯具组数和控制方案的种数，可以控制发光电压至 220V 的大彩灯、霓虹灯。用 8 种频率信号控制彩灯扫描速度，每次大循环下来可自动也可手动改变扫描速度，且每次循环后可控制语音集成电路放一段话或音乐，并可随时改变扫描速度。通过把 64 组彩灯在空间适当排列组合，可得各种花案效果，该彩灯控制系统除用于高楼大厦室外点缀外，还可用于家庭、大酒店和娱乐场所等的室内装潢。利用 T0 定时器作为定时基本单位，根据模式需要计算好各控制信号的发生时刻，根据不同的模式 Mo del_i 可以设定不同的工作时间 Ti 和脉冲翻转频率Fi 通过 P0 口输出，使各色 L ED 灯的驱动时刻与移位触发的翻转时刻步调一
5、致，使 LED 彩灯按照设计的模式工作。除了 T0 定时中断之外，程序的大部份时间是在处理按键的查询和 LED 显示的延时。西安电子科技大学长安学院- 3 -第二章第二章 方案设计方案设计2.1 设计目的及任务要求设计目的及任务要求2.1.1 设计目的设计目的1.了解并掌握数字电子技术课程所学的基础实际知识。2.通过对实际知识的掌握，学会用其进行基本的电路设计。3.熟悉常用集成数字芯片，并掌握其结构组成、工作原理及逻辑功能，进一步学会使用其进行电路的设计。4.了解并熟悉数字电子技术设计的基本思想和方法、原理，5.培养学生在遇到难题时，会用科学分析和解决问题的方法。6.培养学生的综合设计能力、严
6、谨认真的工作作风和实事求是的工作态度。 2.1.2 任务要求任务要求1. 有十只 LED，L0L9 彩灯，用数字集成器件设计一个能控制十路彩灯的控制器，其中彩灯用发光二极管模拟。2.设计电路的彩灯能产生明暗状态，明暗节拍为一到三秒。3.分别用快慢两种节拍实现花型变换，并使其能够显示花型，本设计的花型为心形。4.取合理材料，原件。5.对原件的功能参数熟练掌握。6.不断调试焊接电路，最终的到实验的正确结果。7.认真的完成实验报告，将实验的过程详细的记录。8.将焊接电路和实验报告交由老师详细的指导。9.深刻体会本次实验的意义。10.显示（110，101 来回显示）2.2 电路设计原理及方案电路设计原
7、理及方案1.通过 NE555 芯片及若干电阻和电容组成的电路产生 10000Hz 频率脉冲，然后将 NE555 脉冲输出 3 管脚与芯片脉冲输入 14 管脚连接，再通过各引脚的连接及功能实现脉冲分频，最后经过电阻、发光管和二极管器件的连接，将由二极管的输出端与 CD4017 清零端 15 管脚相连，从而实现分频器的西安电子科技大学长安学院- 4 -设计与实现。2 总体方案的选择：首先应该有个脉冲端控制所有芯片同时工作。然后，实现彩灯的花形变换需要双向移位寄存器。要更有规律的实现对双向移位寄存器的控制还需要计数器，非逻辑还有异或逻辑。方案一方案一：实现 4 种花形，用到的器件，NE555，CD4
8、017 设计心型优点：易于实现，元件少，花形多，工作很稳定，不容易出错。缺点：布线复杂，检修麻烦。原因：采取的是端到端的一根线的布线方法，虽然压到很多线，检修比较繁琐，但很容易查处错误，而且这样的布线使电路工作很稳定。方案二方案二：实现 3 种花形，用到的器件，555，161，7404，7486，7420，194。设计直线型。优点：布线简单，工作稳定性不高。缺点：元件多，花形少，检修麻烦。原因：采取的是线段的连线方法，不压线。确定 a b 两点出现传输错的时候，需要检验其中的好多线段。两种方案工作原理大同小异，最终选择第二种方案，具体在下面说明选择理由：首要原因是为了把爱心献给受灾地区，选择心
9、形。另外，元件少，工作稳定也是很重要的原因。西安电子科技大学长安学院- 5 -第三章第三章 基本电路设计基本电路设计3.1 振荡电路设计主要用来产生时间基准信号（脉冲信号） ，因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用 555 定时器组成的震荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。电路图如图 1 所示。图 1.3.2 计数译码电路设计计数器是用来累计和寄存输入脉冲的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制 计数分频器 CD4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器 两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是 00、01
10、、02、09 依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017 有三个（MR、CP0 和 CP1），MR 为清零端，当在 MR 端上加高电平或 正脉冲是输出 00 为高电平，其余输出端（0109）均为低电平。CP0 和 CP1 是两 个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由 CP0 端输入；若要用下降沿来 计数，则信号由 CP1 端输入。设置两个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动 更多二极管发光。 CD4017 有十个输出端（0009）和一个进位输出端，每输入 十个计数脉冲，就可得到一个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时 钟信号。由此可见，当 CD4017 又连续脉冲输入时
11、，其对应的输出端依次变为高 电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。CD4017 的管脚分布如图 3 所示：图 23.3 显示电路设计 主要由发光二极管组成，当 CD4017 的输出端依次输出高电平时，驱动二极 管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。 显示电路如图西安电子科技大学长安学院- 6 -图 33.4 整体电路图及工作原理图 4第四章第四章 器件介绍器件介绍4.1 CD4017 芯片功能及应用芯片功能及应用西安电子科技大学长安学院- 7 -a.CD4017 功能：1CD4017 如图 5 所示有 10 个输出端（O0O9）和 1 个进位输出端O5-9。每输
12、入 10 个计数脉冲，O5-9 就可得到 1 个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。2CD4017 有 3 个输（MR、CP0 和CP1），MR 为清零端，当在 MR 端上加高电平或正脉冲时其输出 O0 为高电平，其余输出端（O1O9）均为低电平。CP0和CPl 是 2 个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由 CP0 端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl 端输入。设置 2 个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当 CD4017 有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。图图 5 5b.CD4017 应用1.用
13、一个 CD4017 制作的彩灯电路如图 6 所示。西安电子科技大学长安学院- 8 -图 62.电路工作原理CD4017 输出高电平的顺序分别是、 、脚，故、脚的高电平使 6 串彩 灯向右顺序发光，、脚的高电平使 6 串彩灯由中心向两边散开发光。各种发光方式可按自己的需要进行具体的组合，若要改变彩灯的闪光速度，可改变电容 C1 的大小。4.24.2 NE555NE555 功能及应用功能及应用a.NE555 特点1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源电压范围极大，可与 TTL，CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出准位
14、及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。5.静态电流 最大值 VCC = 5 V, RL = =6mA VCC =15 V, RL = =15mA b. NE555 引脚图如图 7，功能配置说明如下：西安电子科技大学长安学院- 9 -图 7Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于 2/3 VCC，下缘须低于 1/3 VCC 。 Pin 3 (输出) -当时间周期开始 555 的输出输出脚位，移至比电源电压少 1.7伏的高电位。周期的结束输出回到 O 伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电
