广告灯控制器.doc

1、 赣南师院物理与电子信息学院数字电路课程设计报告书姓名： 陈祯祯 班级：电子信息工程 09 级 学号： 090802048 时间： 2011 年 6 月 3 日 广告灯控制器 一、设计任务与要求 本广告灯控制器是应用所学的电信专业知识把彩灯可以呈现多种形式的变化，以增强广告得宣传效果。 该广告灯是由三盏灯泡 E1,E2,E3,呈现多种不同得亮灭状态按照“轮流点亮，依次点亮，闪亮”的方式循环点亮的，即:E1 亮 E2 亮E3 亮 E1 亮E1E2 亮 E1E2E3亮 E1E2E3 灭 E1E2E3 亮 E1 亮 E2 亮以此进行循环点亮，呈现 8 种状态闪亮。二、总体框图1、电路组成及原理图一

2、电路的总体框图外部电源555 多谐振荡器 数据选择器 灯 E1计数器 数据选择器 灯 E2数据选择器 灯2、功能模块(1)、外部电源 给下部元器件的运行提供电源(2)、555 多谐 振荡器 是利用 555 定时器接成多谐振荡器来产生时序脉冲【可调频率】(3)、计数器 是对时钟脉冲进行计数，在时钟脉冲下产生不同的状态，具有预置数，清零等功能。(4)、数据选择器 在信号得传输过程中，从一组数据中选出某个来，让被选中的通过，没有被选择得截止。(5)、灯泡 对于不同的输入的信号，对应得产生不同的亮、灭情况.3、设计思路在接有+5V的电源下，555 多谐振荡器来产生时序脉冲 【可通过调节变阻器得阻值来改

3、变输出频率】 ，时钟脉冲有CLK端进入同步二进制计数器中开始计数（0001110 ） ，计数器当清除端为低电平时，在时钟端（CLK）上升沿作用下，才可完成清除功能。163 的预置是同步的。当置入控制端（L OAD）为低电平时，在CLK上升沿作用下，输出端（Q A-QD）与数据输入端（AB）相一致。当计数脉冲输入给数据选择器 74151时，数据选择器对输入得数据进行选择；数据选择器1对输入的000-011-100-101-111 进行数据选择器2对输入的 001-100-101-111 进行选择，数据选择器3对输入的 010-101-111 进行选择，对应的数据选择器1。2.3.把所选择来数据分

4、别接到负载灯E1.E2.E3.上给出不同的输入状态，对应的E3E1。E2。E3。显示不同的亮、灭情况。呈现多种形式得变化三、选择器件 1、555 定时器555 定 时 器 是 一 种 模 拟 和 数 字 功 能 相 结 合 的 中 规 模 集 成 器 件 。 一般 用 双 极 性 工 艺 制 作 的 称 为 555， 用 CMOS 工 艺 制 作 的 称 为 7555，除 单 定 时 器 外 ， 还 有 对 应 的 双 定 时 器 556/7556。 555 定 时 器 的 电 源电 压 范 围 宽 ， 可 在 4.5V16V 工 作 ， 7555 可 在 318V 工 作 ， 输 出驱 动

5、电 流 约 为 200mA， 因 而 其 输 出 可 与 TTL、 CMOS 或 者 模 拟 电 路电 平 兼 容 。555 定 时 器 成 本 低 ， 性 能 可 靠 ， 只 需 要 外 接 几 个 电 阻 、 电 容 ， 就可 以 实 现 多 谐 振 荡 器 、 单 稳 态 触 发 器 及 施 密 特 触 发 器 等 脉 冲 产 生 与 变换 电 路 。 它 也 常 作 为 定 时 器 广 泛 应 用 于 仪 器 仪 表 、 家 用 电 器 、 电 子 测量 及 自 动 控 制 等 方 面 。 555 定 时 器 的 内 部 电 路 框 图 和 外 引 脚 排 列 图 分别 如 图 4 所

6、 示 。 它 内 部 包 括 两 个 电 压 比 较 器 ， 三 个 等 值 串 联 电 阻 ， 一个 RS触 发 器 ， 一 个 放 电 管 T 及 功 率 输 出 级 。 它 提 供 两 个 基 准 电 压VCC /3和 2VCC /3555 定 时 器 的 功 能 主 要 由 两 个 比 较 器 决 定 。 两 个 比较 器 的 输 出 电 压 控 制 RS 触 发 器 和 放 电 管 的 状 态 。 在 电 源 与 地 之 间 加上 电 压 ， 当 5 脚 悬 空 时 ， 则 电 压 比 较 器 A1 的 反 相 输 入 端 的 电 压 为 2VCC/3， A2 的 同 相 输 入 端

7、 的 电 压 为 VCC /3。 若 触 发 输 入 端 TR 的电压 小 于 VCC /3， 则 比 较 器 A2 的 输 出 为 1， 可 使 RS 触 发 器 置 1，使 输 出 端 OUT=1。 如 果 阈 值 输 入 端 TH 的 电 压 大 于 2VCC/3， 同 时 TR端 的 电 压 大 于 VCC /3， 则 A1 的 输 出 为 1， A2 的 输 出 为 0， 可将 RS触 发 器 置 0， 使 输 出 为 0 电 平 。555的 应 用 ：（ 1） 构 成 施 密 特 触 发 器 ， 用 于 TTL系 统 的 接 口 ， 整 形 电 路 或 脉 冲 鉴 幅等 ；（ 2）

8、 构 成 多 谐 振 荡 器 ， 组 成 信 号 产 生 电 路 ；(3） 构 成 单 稳 态 触 发 器 ， 用 于 定 时 延 时 整 形 及 一 些 定 时 开 关 中 。 555应 用 电 路 采 用 这 3 种 方 式 中 的 1 种 或 多 种 组 合 起 来 可 以 组 成 各 实 用 的 电 子电 路 ， 如 定 时 器 、 分 频 器 、 脉 冲 信 号 发 生 器 、 元 件 参 数 和 电 路 检 测 电 路 、玩 具 游 戏 机 电 路 、 音 响 告 警 电 路 、 电 源 交 换 电 路 ， 频 率 变 换 电 路 、 自 动 控制 电 路 等1、555多谐振荡器(

9、1) 555的逻辑框图 图二(2)、555 结构图它是由比较器C1和C2，SR锁存器和集电极开路的放电三 极管TD三部分组成，如下图。图三电路结构图VI1 是比较器 C1 的输入端（也称阈值端。用 TH 标注） ，VI2 是比较器C2 的输入端（也称触发端，用 TR标注） 。C1 和 C2 的参考电压（电压比较的基准）VR1 和 VR2 由 Vcc 经三个 5000 欧的电阻分压给出。在控制电压输入端 Vco 悬空时，Vr1=2/3Vr2, Vr2=1/3Vcc.如果 Vco 外接固定电压，则 VR1= Vco，VR2=1/2Vco.RD是置零输入端。只要 RD上加上低电平，输出端 Vo 便立

10、即被置成低电平，不受其他输入端的影响。正常工作时必须使RD 处 于高电平。由上图知，当 VI1VR1，VI2VR2 时，比较器 C1 的输出 Vc1=o,比较器 C2 的输出 Vc2=1,SR 锁存器被置成 0，TD 导通，VO 为低电平当 VI1VR1，VI2VR2 时，Vc1=0 ，Vc2=0，锁存器处于 Q=Q=1 的状态，TD 导通，VO 为低电平。 (3)、555 的功能表、波形图图五、六 555 的功能表、波形图2、4 位二进制同步计数器 74163简要说明163 的清除是同步的。当清除端（CLR）为低电平时，在时钟端 （CLK）上升沿作用下，才可完成清除功能。 163 的预置是同

11、步的。当置入控制端（L OAD）为低电平时，CLK上升沿作用下，输出端（Q A-QD）与数据输入端（ AB）相一致。对于54/74163，当CLK由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端（ENP 、ENT ）为高电平，则L OAD应避免由低至高电平的跳变，而其它两种结构形式无此种限制。163 的计数是同步的，靠CLK同时加在 4 个触发器上而实现。当 ENP和ENT均为高电平时，在CLK上升沿作用下QA-QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于 54/74163 ，只有当CLK为高电平时ENP、ENT才允许由高至低电平的跳变，而 54S163/74S163， 54LS163/74L

12、S163 的ENP 、ENT跳变与CLK无关。163 有超前进位功能。当计数溢出时，进位端（RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为 Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下可级联成 N 位同步计数器。对于 54/74S163，54/74LS163，在CLK出现前，即使ENP、ENT、CLR发生变化，电路的功能也不受影响。(1)、74163 逻辑图引出端符号RCO 进位输出端CLK 时钟输入端（上升沿有效）_ _ CLR 同步清除输入端（低电平有ENP 计数控制端ENT 计数控制端AB 并行数据输入端L OAD 同步并行置入控制端（低电平有效）QA-QD 输出端 图七 74163 逻辑图 图八极

13、限值电源电压 7V输入电压54/74163，54/74S163 5.5V54/74LS163 7VENP 与 ENT 间电压54/74163,54/74S163 5.5V工作环境温度54 -5512574 -070储存温度 -65150(2)、 图九为 74163 的原理图及时序图原理图时序图(3)CT74163 功能表表 2-1 74163 功能表输 入 输 出CP R LD P(S1) T(S2) A B C D 0 1 0 A B C D 1 1 0 . 1 1 0 1 1 1 1 QA QB QC QD0 0 0 0A B C D保 持保 持 计 数(4)、 四位二进制同步计数器 CT

14、74163 1、外引线排列和 CT74161 相同2、置数，计数，保持等功能与 CT74161 相同3、清零功能与 CT74161 不同采用同步清零方式。当 R=0 时，只有当 CP 的上升沿来到时, 输 QDQCQBQA 才被全部清零(5)、 比较四位二进制同步计数器异步清零同步预置保持计数同步清零同步预置保持计数表 2-33、数据选择器数据选择器有多个输入，一个输出。其功能类似于单刀多掷开关，故又 称多路开关（MUX） 。在控制端的作用下可从多路并行数据中选择一路送输出端。数据选择器的主要用途是实现多路信号的分时传送、实现组合逻辑函 数进行数据的串-并转换。（1）数据选择器主要品种、性能及

15、功能双极型数据选择器及性能见 2-3，数据选择器主要品种及性能见表 2-4。表 2-3 中延迟时间的两个数值指数据输入 D 到输出端 Z 或 的延迟时间或使能端到 Z 或 的延迟时间。2-3 双极型 MUX 主要品种及性能功能 型号 输出 功耗（mW） 延迟时间 （ns ）四 2 选 1 MUX7415774LS147 原码150499，145，8双 4 选 1 MUX7415374LS153 原码1803114，1714，178 选 1 MUX 7415174LS151 原、反 码 14530 81116 选 1 MUX 74150 反码 200 11，18表 2-4 CMOS MUX 的主

16、要品种及性能功能 型号 输出 VDD（V） 传输延迟时间 tpd（ns ）转换时间tTHL、t TLH（ns）四 2 选1 MUX74HC15774HC15874HC257原码反码原码555202012101515双 4 选 1 MUX74HC15374HC253原码原码551624558 选 1 MUX CD4512 原码5101520085601005040数据选择器的功能以 74LS151 为例说明，其功能见表 2-5。（2）数据选择器的应用 用数据选择器实现逻辑函数数据选择器是典型的“与或”门阵列，用它可直接实现“与或”式逻辑函 数。例如 ABCCBAF又可表示为 )7,421(三变量

17、函数有 8 个最小项，用 8 选 1 数据选择器 74LS151 就可实现。将变量 A、B、C 接数据选择器控制端 A2、A 1、A 0，令D1=D2=D4=D7=1，D0=D3=D5=D6，输出端 Z 实现函数 F，其逻辑图示于图 2-3。表 2-5 74LS151 功能表控制 使能 输出A2 A1 A0 EZ 1 0 10 0 0 0 D0 00 0 1 0 D1 10 1 0 0 D2 20 1 1 0 D3 31 0 0 0 D4 41 0 1 0 D5 51 1 0 0 D6 61 1 1 0 D7 7图十 图十一对于三变量的逻辑函数，也可用 4 选 1 数据选择器来实现，只要将其中

18、 一个变量分离出来，加到数据选择器的输入端，其余两个变量加到控制端。对于上例，分离出变量 C，即可用 4 选 1 数据选择器实现函数。图 2-4 是用双 4 选 1 数据选择器 74LS153 实现一位全加器的逻辑图。多路信号的分时传送图 2-5 可以用来分时传送 8 路信号。发送端是 8 选 1 数据选择器 74LS151，接收端用 74LS138 译码器作数据分配器（DMX） ，该译码器 1E与2E并接一起作使能端，E 3 接 VCC。发送端分时将输入信号送入信号公共通道。在接收端，译码器将公共通道信号分配到各路，何时传送哪一路信号，传送到何处由公共地址 A2、A 1、A 0 决定。图十二

19、四、功能模块1、多谐振荡器 图十四多谐振荡器555 产生的波形为时钟脉冲，得出波形为图十五波形图通过调节滑动变阻器的阻值可以改变输出脉冲的宽带，进而改变灯泡得亮，灭的时间间隔。Q=R1+R2/R1+2R2 为占空比，f=1/（R1+2R2）C Ln22、计数器图十六计数器U174163N*QA 14QB 13QC 12QD 11RCO 15A3 B4C5 D6ENP7 ENT10LOAD9 CLR1CLK2VCC 5VJ1Key = Space对于输来的时钟脉冲，计数器会输出八种不同的状态（000-111）以此循环，供数据选择器选择。3、数据选择器图十七数据选择器当计数器在时钟脉冲的输入下产生

20、八种状态（000-111）以此循环时，八种循环的状态会在数据选择器下进行筛选。数据选择器对输入得数据进行选择；数据选择器1对输入的 000-011-100-101-111 进行数据选择器2对输入的 001-100-101-111 进行选择，数据选择器3对输入的 010-101-111 进行选择，对应的数据选 择器1。 2.3.把所选择来数据分别接到负载灯E1.E2.E3.上给出不同的输入状态， 对应的E1。E2。E3。显示不同的亮，灭情况。呈现多种形式得变化。五、总体电路图图十八总体电路图在接有+5V的电源下，555 多谐振荡器来产生时序脉冲 【可通过调节变阻器得阻值来改变输出频率】 ，时钟脉

21、冲有CLK端进入同步二进制计数器中开始计数（000-1110） ，计数器当清除端为低电平时，在时钟端（CLK）上升沿作用下，才可完成清除功能。163 的预置是同步的。当置入控制端（L OAD ）为低电平时，在CLK上升沿作用下，输出端（Q A-QD）与数据输入端（ AB）相一致。当计数脉冲输入给数据选择器74151时，数据选择器对输入得数据进行选择；数据选择器1对输入的 000-011-100-101-111 进行数据选择器2对输入的 001-100-101-111 进行选择，数据选择器3对输入的 010-101-111 进行选择，对应的数据选择器1。2.3.把所选择来数据分别接到负载灯E1.

22、E2.E3.上给出不同的输入状态，对应的E1。E2。E3。显示不同的亮，灭情况。呈现多种形式得变化。六、心得体会在这两周的电子技术设计中，我做的设计课题是“广告灯控制器” 。这是一种把彩灯做成可以呈现多种形式的变化，以增强广告得宣传效果。它可以用于城市路灯，商业广告，建筑等多种场所，可以呈现多种形式的变化，来吸引人们。本次的广告灯控制器的设计实践将我学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计、和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。学习了的理论知识和实践操作，我们不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我们通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导下，让我们学会了分析电路、设计电路的

23、步骤以及计算机辅助作图等。在此设计中利用到了三极管的放大 、光敏效应，特别是让我们温习了 555 触发器的知识与应用， 进一步空固和掌握前面所学的基础知识，加深对了对模拟电路.数字电路.理解，对元气件的使用更加深刻。设计一开始不知如何下手，经过广泛查阅资料方 我们无论是生活还是学习都离不开外界的力量，当然也要有自己的努力，老师说：“做得好不好是另外一回事，但是要自己动手去做，认真思考。 ”我们自知这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果却不是很好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得做一次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。我希望我们都能从中收获良多，能把知识真正变成自己的东西。七、参考文献：1

24、梅 慧 楠 , 朱 中 华 , 程 时 杰 . 基 于 park 变 换 的 UPQC 检 测 方 法 研 究 J. 电 力 科 学 与 工 程 , 2005, (01): 17-21. 2 赵淑范 王宪伟 电子技术实验与课程设计 清华大学出版社 2006:7-323 阎石主编.数字电子技术基础 高等教育出版社 2005:6-214 陈国华.74151 集成电路应用 200 例.北京：人民邮电出版社 1996 年 105 白彦霞，张秋菊.数字电子技术基础.北京邮电大学出版社6 张兴忠.数字逻辑与数字系统-面向 21 世纪高等院校计算机系列教材7 谢自美.电子线路设计实验测试 M.武汉：华中科技大学出版社，赣南师范学院 2010-2011 学年第二学期数字电路课程设计行政班级 电子息工程 09 级 学号 _090802048_ 姓名_陈祯祯_课程设计题目： 广告灯的控制设计要求：该广告灯是由三盏灯泡 E1，E2，E3 构成的，呈现多种不同的亮灭状态按照“轮流点亮，依次点亮，闪亮”的方式循环点亮的。即 E1 亮，E2 亮，E3 亮，E1亮，E1E2 亮， E1E2E3 亮， E1E2E3 灭，E1E2E3 亮，E1 亮，E2 亮。 。 。 。 。 。以此循环点亮，呈现八种状态闪亮。教师评语：教师签字：年 月 日选课班级 电子信息工程 09 级 任课教师 杨汉祥 成绩_