1、设计题目：彩灯控制器的设计 系 别：电子与信息工程学院2013 年 7 月 9 日课 程 设 计 任 务 书课程设计题目 彩灯控制器的设计功能技术指标1. 顺序产生：红、绿、红+绿=黄、蓝、红+蓝=紫、绿+蓝=青、红+绿+蓝=白；2.灯光换时间可调，范围在 0.110s。工作量工作计划1、分析题目的功能要求，查找和分析参考资料。（1 天）2、画出电路原理图，分析电路原理图和列出元器件表。 （2 天）3、购买元器件（1 天）4、安装电路（2 天）5、电路调试（5 天）6、撰写课程设计说明书（3 天）7、准备答辩（1 天）8、答辩（1 天） 。指导教师评语年 月 日目录第 1 章 绪论 .11.1
2、 选题目的 .11.2 设计要求 .11.2.1 设计题目和技术指标 .11.2.2 设计功能 .1第 2 章 电路结构及工作原理 .22.1 电路方框图 .22.2 时钟发生电路图 .22.3 彩灯控制电路 .32.4 彩灯显示电路 .5第 3 章 整机工作原理 .73.1 整机原理图 .73.2 整机电路原理 .7第 4 章 电路的组装与调试 .94.1 电路的检查 .94.2 电路的调试 .94.2.1 在调试中遇到的困难 .9结论 .11收获和体会 .12致谢 .13参考文献 .14附录 1 .15哈尔滨华德学院课程设计用纸11第 1 章 绪论1.1 选题目的课程设计是一个非常重要的教
3、学环节，是电子线路教学环节的继续、深化、补充和检验，是教学计划中综合性很强的实践性教学环节。 1.了解并掌握数字电子技术课程所学的基础理论知识。2.通过对理论知识的掌握，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、严谨认真的工作作风和实事求是的工作态度。1.2 设计要求1.2.1 设计题目和技术指标题目名称：彩灯控制器的控制设计技术指标：1.顺序产生：红、绿、红+绿= 黄、蓝、红
4、+ 蓝=紫、绿+ 蓝=青、红 +绿+蓝=白； 2.灯光换时间可调，范围在 0.110s。1.2.2 设计功能本次的的课程设计主要实现利用 CD4011 与 CD4518 实现使在红、绿及蓝“三基色”灯情况下，顺序产生 7 种色光。哈尔滨华德学院课程设计用纸11第 2 章 电路结构及工作原理2.1 电路方框图通过查阅大量资料，最终确定方案，其方案电路方框图如图2-1 所示。图 2-1 电路方框图该方案主要由时钟信号 CP 发生电路、彩灯花样控制电路以及彩灯演示电路组成具体工作方式如下。 2.2 时钟发生电路图时钟发生电路主要由555及外围电阻、电容构成。其时钟发生电路如图2-2所示。图 2-2
5、时钟发生电路555集成电路在这里除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳 和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲 调制等。555引脚图如图2-3示。哈尔滨华德学院课程设计用纸11图2-3 555引脚图555引脚图介绍如下1地 GND、2触发、3输出、4复位、5控制电压、6门限( 阈值） 、7放电、8电源电压 Vcc。 由于555芯片工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本 R-S触发器、放电管以及缓冲器等 VDD 通过 R1和 R2
6、对电容 C 充电，当 Uc1/3VDD 时，振荡器输出 Vo=1，放电管截止。当 Uc 充电到2/3VDD 后，振荡器输出 Vo 翻转成0，此时放电管导通，使放电端(DIS)接地，电容 C 通过 R2对地放电，使 Uc 下降。当 Uc下降到1/3VDD 后，振荡器输出 Vo 又翻转成 1，此时放电管又截止，使放电端(DIS)不接地，电源 VDD 通过 R1和 R2又对电容C 充电，又使 Uc 从1/3VDD 上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端 Vo 得到连续变化的振荡脉冲波形。脉冲度 TL 0.7R2C，由电容 C 放电时间决定；TH=0.7(R1+R2)C，由电
7、容 C 充电时间决定，脉冲周期 TTH+TL2.3 彩灯控制电路彩灯控制电路主要由 CD4518芯片组成 CD4518是一个双BCD 同步加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。其引脚图如图2-4 所示。哈尔滨华德学院课程设计用纸11图 2-4 CD4518 引脚图CD4518引脚功能管脚功能如下：1CP 、2CP：时钟输入端。1CR、2CR：清除端。1EN 、2EN：计数允许控制端。1Q01Q3：计数器输出端。2Q02Q3：计数器输出端。Vdd ：正电源。Vss ：地。 CD4518引脚图CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为17和91
8、5. 该 CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚） ，4路 BCD 码信号输出（3脚 6脚；11脚14脚） 。CD4518 控制功能：CD4518有两个时钟输入端 CP和 EN,若用时钟上升沿触发，信号由 CP 输入,此时 EN 端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由 EN 输入,此时 CP 端为低吨平（0）,同时复位端 Cr 也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。 将数片 CD4518串行级联时，尽管每片 CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用 Q4做输出端。有
9、人误将第一级的 Q4端接到第二级的 CP 端，结果发现计数变成“逢八进一”了。原因在于 Q4是在 CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的 Q4端接高位的 EN 端，高位计数器的 CP 端接 USS，其 CD4518在本电路中的真值表如表2-1所示。表2-1CD4518 真值表CP Q1 Q2 Q3 Q4C 0 0 0 0C 1 0 0 0C 0 1 0 0哈尔滨华德学院课程设计用纸11C 1 1 0 0C 0 0 1 0C 1 0 1 0C 0 1 1 0C 1 1 1 02.4 彩灯显示电路彩灯显示电路主要由红、绿、蓝三
10、个颜色的 LED 二极管组成。根据逻辑电路所产生的逻辑功能显示不同的闪烁效果。发光二极管，是一种半导体组件。初时多用作为指示灯、显示发光二极管板等；随着白光 LED 的出现，也被用作照明。具体电路符号如图2-5 所示。图2-5 LED 二极管发光二极管(LightEmittingDiode,LED)，是一种半导体组件。初时多用作为指示、显示板等；随着 白光 LED 的出现，也被用作照明。它被誉为21世纪的新型光源，具有效率高，寿命长，不易破损等传统光源无法与之比较的优点。加正向电压时，发光二极管能发出单色、不连续的光，这是电致发光效应的一种。改变所采用的半导体材料的化学组成成分，可使发光二极管
11、发出在近紫外线、可见光或红外线的光。1955年，美国无线电公司（RadioCorporationofAmerica）的 鲁宾布朗石泰（RubinBraunstein） （1922年生）首次发现了砷化镓(GaAs)及其它半导体合金的红外放射作用。1962年，通用电气公司的 尼克何伦哈尔滨华德学院课程设计用纸11亚克（NickHolonyakJr.） （1928年生）开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的 LED 开发成功。这种 LED 是将 GaN 芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN 芯片发蓝光（p=465nm，Wd=30
12、nm） ，高温烧结制成的含 Ce3+的 YAG 荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值550nm。蓝光 LED 基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有 YAG 的树脂薄层，约200-500nm。 LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。对于 InGaN/YAG白色 LED，通过改变 YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K 的各色白光。这种通过蓝光LED 得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。哈尔滨华德学院课程设计用纸11第 3 章 整机工作原理3.1 整机原理图彩灯控制电路从电路结构上讲主要有三大部分组成：（1）时钟发生电路、 （2）彩灯控制电路、 （3）彩灯显示电路，其整体电路原理图如图 3-1 所示。TRIGQ4CVolt5H6DS78NU09W-PcpEA*d图 3-1 整机电路原理图3.2 整机电路原理电路接通电源后由 555 电路所产生的时钟脉冲去控制同步计数器 CD4518、使其输出不同的逻辑功能、555 集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本 R-S 触发器、放电管以及缓冲器等 VDD 通过 R1 和 R2 对电容 C 充电，当 Uc1/3VDD 时，振荡器输出 Vo=1，放电管截止。当 Uc 充电到2/3VDD 后，振
