精编完整版毕业论文 - 圈式流水彩灯的设计

目录

1. 技术要求 .......................................................................................................................... 1 2. 设计方案及其比较 ........................................................................................................... 1

2.1 方案设计要求 .......................................................................................................... 1 2.2 基本原理 .................................................................................................................. 1

2.2.1 原理概括 ........................................................................................................ 1 2.2.2 主要元器件简介 ............................................................................................. 1 2.3 方案一...................................................................................................................... 5

2.3.1 方案原理......................................................................................................... 5 2.3.2 软件仿真 ........................................................................................................ 6 2.4 方案二...................................................................................................................... 7

2.4.1 方案原理......................................................................................................... 7 2.4.2 软件仿真......................................................................................................... 8 2.5 方案三...................................................................................................................... 8

2.5.1 方案原理......................................................................................................... 8 2.5.2 软件仿真....................................................................................................... 10 2.6 方案比较 ................................................................................................................ 11

2.6.1 方案元件比较 ............................................................................................... 11 2.6.2 方案功能比较 ............................................................................................... 11 2.6.3 方案可实现性比较 ....................................................................................... 11

3. 实现方案 ........................................................................................................................ 12

3.1 方案元件 ................................................................................................................ 12 3.2 方案原理 ................................................................................................................ 12

3.2.1 谐振模块 ...................................................................................................... 13 3.2.2 计数模块 ...................................................................................................... 13 3.2.3 译码模块 ...................................................................................................... 14 3.2.4 发光电路 ...................................................................................................... 14 3.3 实现过程 ................................................................................................................ 15 3.4 小结 ....................................................................................................................... 15

4. 调试过程及结论 ............................................................................................................. 15

4.1 调试过程 ................................................................................................................ 15 4.2 结论 ....................................................................................................................... 16 5. 心得体会 ........................................................................................................................ 16 6. 参考文献 ........................................................................................................................ 17

圈式流水灯电路的设计

1. 技术要求

设计一种利用发光二极管作为流水灯指示,实现连接成圆圈式的发光二极管依次循环点亮形成移动的光点,要求可以实现流水灯的循环时间可以调节。

2. 设计方案及其比较

2.1 方案设计要求

（1）按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；

（2）掌握计数、译码、控制及显示电路的工作原理及其电路结构，以NE555时基集成电路、74LS161和74LS138为主，设计一种圈式流水灯电路（实现方案）；

2.2 基本原理

2.2.1 原理概括

圈式流水灯电路主要包括两部分电路，第一部分电路产生矩形脉冲波，该部分电路可由555定时器构成多谐振荡器产生。第二部分电路实现选通发光二级管的功能，通过计数器和译码器实现圈式排列的灯循环闪亮，该部分电路的实现可采取多种方案。

由于555定时器产生矩形脉冲的周期取决于外接电阻和电容，所以流水灯发光时间的调节可以通过改变第一部分多谐振荡电路外接电阻阻值或电容大小实现，也可以通过改变第二部分电路的频率即进制来实现。

2.2.2 主要元器件简介

（1）NE555定时器

555定时器是多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能极方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器，使用灵活，方便。NE555定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V—16V工作。输出驱动电流约为200mA。其管脚图与波形图如图1所示：

图1 NE555芯片管脚图与波形图

图1中左边为管脚图，右边为波形图。管脚图中1脚是接地端；2脚是低电平触发端入端；3脚是输出端；4脚是复位端；5脚是电压控制端；6脚是高电平触发端入端；7脚是放电端；8脚是电源端。

图2为矩形脉冲产生电路原理图，由NE555定时器构成多谐振荡电路。

图2 NE555构成多谐振荡电路原理图

NE555芯片1与8端接电源+Vcc，+Vcc经R1，R2给电容C1充电，给输入端输入直流信号。在7端的反馈作用下，C1反复充放电，实现了输出矩形波的功能。

充电时间t1=C1×(R1+R2) ×ln2 放电时间t2=C1×R2×ln2 脉冲信号周期T=t1+t2 脉冲信号频率f=1T

(1) (2) (3) (4)

由式(1)、(2)、(3)、(4)可得：输出脉冲信号周期T=C1(R1+2R2)ln2，f=1T。其中C1=10uF，R1=R2=30KΩ，所以T=0.624s，f=1.603Hz。 （2）74LS161计数器

集成74LS161是四位二进制同步加法计数器，MR为异步清零端，低电平有效；PE为同步预置数控制端，低电平有效；该计数器为上升沿触发有效，当MR=PE=1时在CP端输入计数脉冲作用下，计数器进行二进制加法器计数。图3为74LS161计数器管脚图。

图3 74LS161计数器管脚图

2脚为脉冲输入端，3脚-6脚(P0-P3)为数据输入端，1脚(MR)是清零端，7脚，10脚（CEP、CET）为使能端，9脚 (PE)为置数端，11脚-14脚(Q3-Q0)为数据输出端是，15脚(TC)为进位输出端。

图4 74LS161构成循环八进制输出电路原理图

将ENP，ENT，LOAD，MR端接电源+Vcc（即高电平）。CLK脉冲输入端接上级NE555的3脚输入端，在每个脉冲上升沿触发计数器加计数一次，计数器输出端Q3—Q0循环输出0000—1111。由于只把Q2，Q1，Q0作为下级输入，所以Q2Q1Q0会循环输出000—111八进制序列脉冲信号，八进制序列脉冲作为下级的数据输入信号控制选通电路工作。

（3）74LS138译码器

74LS138是集成3-8线译码器，图5为74LS138译码器管脚图。1，2， 3端口为三个

输入端口，E1、E2和E3这三个使能端，正常工作时E1接高电平，E2和E3接低电平。Y0-Y7为输出端口，译码器工作时每一次只有一个端口输出低电平，实现了数据的选择性输出，74LS138译码器可以将信号的地址码转换成二进制码，并从对应的输出端输出一个低电平。

图5 74LS138译码器管脚图

图6为选通发光二极管及显示电路，实现了流水灯圈式闪亮的要求。

图6 74LS161、74LS138构成圈式顺序循环发光二极管电路原理图 74LS138译码器的三个输入端A、B、C分别接74LS161计数器的三个输出端Q0、Q1、Q2。使能端E1接高电平，E2、E3接低电平，译码器可实现译码功能。如此一来，138便可将CBA端输入的二进制信号（C为高位）译码成十进制并从相应端口输出低电平。也就是将输入的八进制循环脉冲000—111译码输出，000对应Y0端口输出低电平，其余端输出高电平；001对应Y1端口输出低电平，其余端输出高电平，以此类推。当电路工作时，Y0—Y7端口循环输出低电平。实现了选通作用。

将八个LED发光二极管以共阳极的方式分别连在Y0—Y7端口，排列成圈式。电路工作时，经译码器选通后发光二极管D1—D8依次发光并且循环发光。R3为保护电阻，防止电流过大烧坏二极管。

2.3 方案一

2.3.1 方案原理

如下图7为方案一的原理框图。该方案电路由四部分组成：第一部分电路由NE555定时器组成，产生矩形脉冲；在矩形脉冲的作用下，第二部分由74LS161组成的八进制加法计数电路开始计数；第二部分电路计数后输出到第三部分电路，第三部分电路由74LS138组成具有译码功能的电路，该电路将第二部分输出的信号译码成二进制数。译码后的二进制数作用到圈式流水灯电路，实现圈式流水灯的循环流水式发光功能。

图7 方案一原理框图

图8为方案一原理电路图，第一部分多谐振荡电路输出矩形脉冲信号。其周期T由两部组成：电容C1的充电时间t1和放电时间t2。设滑动变阻器RV1分成的上下两部分阻值分别为Rx1(单位：KΩ)和Rx2(单位：KΩ)，则有：

充电时间t1=C1×(R1+RV1)×ln2

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