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1、四川航天职业技术学院电子工程系课程设计专业名称： G09飞行器电子装配技术 课题名称： 双色三循环方式彩灯控制器的设计 设计人员： 指导教师： 王 艳 2010年12月02日数字电子技术课程设计任务书一、课题名称：双色三循环方式彩灯控制器设计二、技术指标：1、电源VDD=12v2、相邻两灯点亮的时间约在0.3-0.7s间可调，延时时间约在1-6s间可调3、计数器和译码器分别采用CMOS中规模集成电路CC4516和CC45144、译码器4145共16个输出。5、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三、要求：1、控制器有3种方式
2、： 方式A：单绿左移单绿右移单红左移单红右移； 方式B: 单绿左移全熄延时伴声音； 方式C：单红右移四灯红闪、四灯绿闪延时。2、控制器有8路输出，每路用双色发光二极管指示。3、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4、论文格式按系下发的课程设计格式要求统一执行。5、要求原理图、印制板图、装配图三图齐全（印制板图和装配可合二为一）。指导教师：王艳学 生：电子工程系2010 年 12月 02日课程设计报告书评阅页课题名称：班 级：姓 名： 2010年 月 日指导教师评语：考核成绩： 指导教师签名：2010年 月 日目 录彩灯控制器（摘要）1第一章 课题构思1第二章 方案设计与单元
3、设计1第三章 原理说明5第四章 仿真分析及结果11第五章 调式过程14总结语17参考文献 18摘 要摘要: 要求进一步掌握模拟电子技术,数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的应用，熟悉电路的设计过程及设计方法，掌握课程设计的基本过程和课程设计报告的撰写方法。循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门，而且有专门的可编程彩灯集成电路。绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。本次设计的双色循环彩灯控制器就是用计数器和译码器来实现，其特点用双色发光二极管，能发红色和绿色两色光。关键词：计数器，译码器，集成，
4、双色二极管第一章 课题构思1、用中小规模集成电路设计一台彩灯控制器。用计数器和译码器设制作一个双色三循环方式彩灯控制器。2、控制器有8路输出，每路用双色发光二极管指示。3、控制器有3重循环方式：方式A：单绿左移-单绿右移-单红左移-单红右移；方式B：单绿左移-全熄延时伴声音；方式C：单红右依-四灯红闪，四灯绿闪延时。4、由单刀掷开关控制3种方式，每种方式用单色发光二极管指示。5、.两灯点亮时间约在0.20.6S间可调，延时时间约在16S间可调。6、要求用DC-12V电源设计。7.原理图设计 根据所确定的设计电路，利用Protel或EWB等有关工具软件绘制电路原理图、PCB板图；8. 设计报告按
5、课程设计管理手册规定的规范和要求书写。第二章 方案设计与单元设计近年来，由于中，大规模集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。在设计中更多的使用中。大规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。因此，双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下：1.据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以方便检修。2.各个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件构成单元电路。3.各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作需求，相互间电气特性应匹配，保证
6、电路能正常，协调工作。2.1基本原理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。本控制应由方式选择，振荡器，控制电路，延时电路，蜂鸣器等组成，其框图如图1所示： 方式选择振荡器控制电路计数器译码器LED显示延时电路蜂鸣器 图1 双色三循环方式彩灯控制器框图2.2计数器和译码器本控制器的核心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位二制加/减计数器（单时钟），其引脚如图2所示。CC4516有5中功能：置数，清零，不计数，加计数，减计数，具体功能如表1所示。CC4514是4为锁存/4
7、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，O0O15全为低电平；因此，CC4514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2所示。 图8 CC4516引脚图图2 CC4514引脚图 CPCEUP/DNPLMR功能10置数，既把数P3P2P1P0送O3O2O1O0中1清零，即O3O2O1O0全为零100不计数，即O3O2O1O0保持不变0100加数器0000减数器表1 CC4516功能表2.3LED显示电路LED显示
8、电路如图3所示。 O15 O14 O13 O12 O11 O10 O9 O8 O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 图3 LED显示电路O0）O15为译码器的输出。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3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，1个限流电阻），本控制器采用8个限流电阻的方法。发光二极管的极限电流一般为2030mA，发光二极管的压降约为2V，通过发光二极管的电流可取为1015mA，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。2.4振荡器振荡器有多种
9、振荡器电路，图4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4振荡器2.5触发器循环方式A的设计思路如下： PL=1 UP/ DN=1 UP/ DN=0 UP/ DN=1起始计数（置“1000” ） 加数器 O15时计数器 O0时计数器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再变为加法计数，
10、这可用触发器控制计数器的UP/DN端来实现。 图5所示为由D触发器构成的二分频电路，O15和O0作为时钟信号，一个时钟触发器的状态翻转一次。图6（b）是利用D触发器的直接置“1”端和直接置“0”端来实现触发器的状态转换。图5（c）和（d）是由门电路组成的基本RS触发器，图5（c）RS 输入为高电平有效，因此O15和O0可直接作为S与R的输入。图5（d）输入为低电平有效，O15，O0反向后作为触发器输入。除以上几种电路外，也可以直接用RS触发器或JK触发器来实现。经实践，图5所示的几种电路都能达到控制的作用。 (a) （b）（c） （d）图5 触发器控制电路2.6延时电路循环方式B的设计思路如下
11、： PL=1 UP/ DN=1 E=1置1000 加计数器 O15时延时延时电路可采用单稳态电路，O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号。根据功能要求。可采用微分型单稳态电路，555构成的单稳态电路及分立元器件构成的单稳态电路，而下降沿触发的与非构成的微分型单稳态电路和555构成的单稳态电路较为理想。图6为与非构成的微分型单稳态电路，其中Cd，Rd为微分电路，当ui为窄脉冲触发时，Cd和Rd可省略。O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号，因此O15要经微分和限幅后再触发单稳态电路。延时时间有RC决定。555构成的单稳态电路如图7所示，C1R1和VD起微分限幅作用。因此本电路要求低电平触发，没有
12、触发的时候555的第2脚要为低电平，所以要接R2，对于R1和R2的阻值比要求比较严格，要保证没有触发的时候第2脚电压大于1/3VDD,触发的时候电压小于1/3VDD。延时时间由RP和C2决定。图6 与非构成的微分型单稳态电路 图7 555构成的单稳态电路在循环方式C中，要实现单红右移，计数器应从“0000”开始递增，因此应先清零再加法计数。根据计数器和译码器本身无法使输出实现四灯红闪，四灯绿闪，因此，可通过延时电路给8个双色发光二极管加上振荡信号来解决。方式C的循环过程可表示为: MR=1 UP/ DN=1 E=1消零 加计数器 O7时延时在设计时要注意，要求是在同一个电路中通过方式选择来实现3种循环功能，而不是设计3个电路。3种循环方式要互相隔离，如按方式A工作时则不能有方式B现象出现，因此可采用双向模拟开关CC4066进行隔离。第三章 原理说明工作原理图PCB图装配图
