精编完整版毕业论文 - 圈式流水彩灯的设计(2)

放电时间t2=C1×Rx2×ln2 脉冲信号周期T=t1+t2 脉冲信号频率f=1T

(6) (7) (8)

由式(5)、(6)、(7)、(8)得：T=C1×(R1+RV1+Rx2)×ln2，f=1[ C1×(R1+RV1+Rx2)×ln2] 由C1=10uF，R1=30KΩ，RV1=60KΩ，所以T=7×(90+Rx2)×10-3Ω，f=1000[7×(90+Rx2)]Ω。 当Rx2=30时，T=0.84s，f=1.19Hz。

图8 方案一电路原理图

其中电容C2的作用是抗干扰，电阻R3的作用是过流保护，防止电流过大导致二极管损坏。

2.3.2 软件仿真

下图为方案一的protues仿真图。

图9 方案一protues仿真图

仿真时，圈式流水灯按顺时针方向（D1—D8）依次循环发光，调节滑动变阻器的阻值，发光的周期发生变化。当增大Rx2的值时，发光周期变大，各个发光二极管的发光交替速度变慢；当减小Rx2的值时，发光周期变小，各个发光二极管的发光交替速度变快。

2.4 方案二

2.4.1 方案原理

图10为方案二的原理框图。该方案的电路由三部分组成：第一部分由NE555组成多谐振荡电路，输出矩形脉冲信号；第二部分由CD4017组成兼具八进制加法计数和译码功能的电路，在第一部分电路输出的脉冲信号作用下开始工作；第三部分电路由8个发光二极管组成圈式流水灯电路，在第二部分电路输出的二进制数信号作用下开始依次循环发光。

图10 方案二原理框图

图11为方案二原理电路图，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 放电时间t2=C1×Rx2×ln2 脉冲信号周期T=t1+t2 脉冲信号频率f=1T 图11 方案二电路原理图

(9) (10) (11) (12)

由式(9)、(10)、(11)、(12)得：T=C1×(R1+RV1+Rx2)×ln2，f=1[ C1×(R1+RV1+Rx2)×ln2]。 由C1=10uF，R1=30KΩ，RV1=60KΩ，所以T=7×(90+Rx2)×10-3Ω，f=1000[7×(90+Rx2)]Ω。 当Rx2=30时，T=0.84s，f=1.19Hz。

其中电容C2的作用是抗干扰，电阻R2的作用是过流保护，防止电流过大导致二极管损坏。

2.4.2 软件仿真

下图为方案二的protues仿真图。

图12 方案二protues仿真图

仿真时，圈式流水灯按逆时针方向（D1—D8）依次循环发光，调节滑动变阻器的阻值，发光的周期发生变化。当增大Rx2的值时，发光周期变大，各个发光二极管的发光交替速度变慢；当减小Rx2的值时，发光周期变小，各个发光二极管的发光交替速度变快。

2.5 方案三

2.5.1 方案原理

图13为方案三原理框图。方案三的电路由三部分组成：第一部分由NE555构成多谐振荡电路，输出矩形脉冲信号；第二部分由两个74LS194组成八位移位寄存器，在第一部分电路输出的矩形脉冲作用下，输出循环移位信号：0111 1111->1011 1111->??->1111 1110；第三部分电路由八个发光二极管组成圈式流水彩灯电路，在第二部分电路输出的循环移位信号作用下，二极管按逆时针方向依次循环发光。

图13 方案三原理框图

图14为方案三原理电路图，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 放电时间t2=C1×Rx2×ln2 脉冲信号周期T=t1+t2 脉冲信号频率f=1T

(13) (14) (15) (16)

由式(13)、(14)、(15)、(16)得：T=C1×(R1+RV1+Rx2)×ln2，f=1[ C1×(R1+RV1+Rx2)×ln2]。 由C1=10uF，R1=30KΩ，RV1=60KΩ，所以T=7×(90+Rx2)×10-3Ω，f=1000[7×(90+Rx2)]Ω。 当Rx2=30时，T=0.84s，f=1.19Hz。

图14 方案三电路原理图

其中电容C2的作用是抗干扰，电阻R2的作用是过流保护和分压，防止电流过大导致二极管损坏、防止二极管的导通端电压过大导致两个74LS194实现循环移位功能。 下表为74LS194的真值表。

表１ 74LS194真值表

功能 清除 保持 １ 置数 右移 １ １ １ １ 左移 １ ０ １ ０ ０ １ １ ０ １ １ １ ０ ０ × ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ × × × × １ ０ × × １ ０ × × × × × × ０ １ S1 × × S0 × × CP × ０ SL × × 输入 输出 SR Ｄ０ Ｄ１ Ｄ２ Ｄ３ Ｑ０ Ｑ１ Ｑ２ Ｑ３ × × × × × × × × × × 保持 ｄ０ ｄ１ ｄ２ ｄ３ ｄ０ ｄ１ ｄ２ ｄ３ × × × × × × × × × × × × × × × × １ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ 2.5.2 软件仿真

下图为方案三的protues仿真图。

图15 方案三仿真图

仿真时，圈式流水灯按逆时针方向（D1—D8）依次循环发光，调节滑动变阻器的阻值，发光的周期发生变化。当增大Rx2的值时，发光周期变大，各个发光二极管的发光交替速度变慢；当减小Rx2的值时，发光周期变小，各个发光二极管的发光交替速度变快。

2.6 方案比较

2.6.1 方案元件比较

表2 各方案元件比较表

电阻 定值电阻 30K,10K 方案一 滑阻 60K 电容 二极管 主要工作原件 门电路 10uF 1uF 8个发光二极管 8个发光二极管 8个发光二极管 NE555定时器 74LS161 74LS138 NE555定时器 CD4017 非门 电源及接地 一个电源 一个接地端 定值电阻 30K,10K 方案二 滑阻 60K 10uF 1uF 无 一个电源 一个接地端 定值电阻 30K,10K 方案三 滑阻 60K 10uF 1uF NE555定时器 74LS194×2 非门 一个电源 一个接地端 注：表中元件未注明个数的即为一个。

从表中可看出，三个方案所使用的元件中，电阻、电容、发光二极管和电源及地端的型号、参数和个数都相同。不同之处：方案一的主要工作元件除了NE555之外，使用了计数器—74LS161、译码器—74LS138，还有一个非门，一共是4个芯片；方案二的主要工作元件除了NE555之外，只用了一个组合芯片CD4017，没有门电路，一共是2个芯片；方案三的主要工作元件除了NE555之外，使用了2个74LS194，及1个非门，一共是4个芯片。所以，从元件方面来看，方案二最节约器材，最方便。

2.6.2 方案功能比较

从方案的功能来看，三个方案所实现的功能基本一样，并无太大区别。唯一的一个小区表在于方案二的电路连线稍作改动便可控制10个灯的圈式循环发光，而方案一和方案二最多只能实现控制8个灯的圈式循环发光。所以，就功能而言，方案二更好一些。

2.6.3 方案可实现性比较

从各个方案的可实现性来看：方案一的电路较简单可行，芯片便宜且常用；方案二的电路最为简单，不过4017芯片价格较高，且与555连用时易出现问题；方案三的电路较复杂，控制起来较麻烦。

经各种对比，且考虑到现有芯片的基础上选择实现方案一较好。

3. 实现方案

3.1 方案元件

实现方案所用到的元器件如下表所示：

表3 实现方案元器件列表

元件类型 集成芯片 电阻 电容 二极管 型号及数量 NE555定时器×1、74LS161计数器×1、74LS138译码器×1 滑动变阻器100KΩ×1、定值电阻100Ω×1 电解电容10uF×1、普通电容0.01uF×1 红色发光二极管×8 注：实现方案时，老师提供的电阻还有2个 27K的定值电阻，但实现方式并未用到，而是用自备的滑阻代替。

3.2 方案原理

方案的电路原理图如下图所示。

图16 实现方案电路原理图

实现方案的电路原理图一共由4部分组成：NE555定时器组成的谐振模块、74LS161组成的计时模块、74LS138组成的译码模块、8个发光二极管组成的发光电路。谐振模块输出的矩形脉冲作为计时模块的时钟脉冲，在时钟脉冲的作用下，每遇到一次上升沿就计一次数。计数模块的输出作为译码模块的输入进行译码，输出的译码信号作用于发光电路，使二极管依次循环发光。

3.2.1 谐振模块

图17 谐振模块电路原理图

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