多功能流水灯

目录………………………………………………………………………………1

第一章    设计要求及系统组成………………………………………………2

           一、任务要求………………………………………………………2

           二、系统组成………………………………………………………2

第二章    系统设计方案选择与论证······…………………………………2

           一、方案一…………………………………………………………2

           二、方案二…………………………………………………………3

第三章    设计方案及工作原理………………………………………………3

           3.1设计方案………………………………………………………3

            3.1.1时钟信号电路 ……………………………………………3

            3.1.2计数译码电路……………………………………………4

            3.1.3总体电路…………………………………………………4

第四章    实验，调试及测试结果与分析 …………………………………5

结论 ……………………………………………………………………………6

参考文献 ………………………………………………………………………6

第一章 设计要求及系统组成

一、任务

    设计一个彩灯流水控制电路。

二、设计要求

1、基本要求

（1）用 8 个发光二极管作为彩灯显示，能使彩灯亮作流水的变化。具有手控彩灯亮点流向的右移、左移，彩灯全亮及全灭等功能。

（2）可以自控彩灯亮点流向按右移、左移、全亮、全灭等功能顺序连续执行。

（3）彩灯可以间歇流动，要求彩灯亮点往返变换时间为5秒，往返2次（10秒）间歇1次，间歇时间1秒。 

2、发挥部分

（1）彩灯流速可以改变。可实现往返变换时间为16秒和1秒。

（2）设计显示基本要求之外的其他图案循环显示功能。

三、系统组成

原理框图如下：

多功能流水灯原理框图

第二章 系统设计方案选择

设计方案

一、方案一：

本方案是从网络上找到的一电路。设计的多功能流水灯原理电路图如下图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3组成的多谐振荡器组成，主要为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲。流动速度可通过电位器RP进行调节。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。CD4017的CP端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端(Q0~Q9)将输入脉冲按输入顺序依次分配。输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。12个电阻与CD4017的10个输出端Q0~Q9相连，当Q0~Q9依次输出控制脉冲时6个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，实现正逆向流水的功能。电源电路采用电容降压，二极管整流和稳定管稳压的供电方式，直流工作电压由稳压管的稳压值决定。本电路所采用的电源为5V。

该电路原理设计简单，使用芯片都是比较常用，但实现功能较为单一，没有达到题目所要的目的，故不使用。

二、方案二

    本方案使用芯片NE555、CD4510、CD4028、CD4013、74LS32、74LS00、74LS390

74LS283搭建成电路，以555产生脉冲源，将脉冲送入4510，4510是一片加减计数器，通过4028的译码，产生流动的高电平送给发光二极管，产生流水效果，4013作为D触发器在加计数完后变成减计数，以此形成左右流水。该方案不仅实现了题目的基本要求，还在基本部分上做到了一定的发挥，所以使用该方案作为本设计的设计方案。

第三章 设计方案及工作原理

3.1设计方案：

3.1.1时钟信号电路：

   图3.1.1 555组成的多谐振荡器

555定时器组成自激多谐振荡器时，输出的矩形脉冲的周期为：T=0.7*（R1+R2）*C。高电平暂稳态的持续时间为：T1=0.7*（R1+R2）；低电平的暂稳态持续时间为：T2=0.7R2*C。占空比：q%=R1/(R1+R2)。经过计算，R1取10K，Rp取1M，C2去105。

3.1.2计数译码电路：

这部分电路用CD4510作为计数，CD4028为译码，其他几块芯片作为功能补充的芯片，其图如下

3.1.3、总体电路

如图所示为可逆式流水彩灯控制电路。该控制器主要由脉冲发生器、单时钟二一十进制加、减法计数器、4—10线译码器和加、减计数反馈控制器等组成。

脉冲发生器由NE555和电阻、电容组成，其产生低频信号的频率为f=1/T=1/0.7(R1+R2)c，图示参数对应最低值约为1Hz，且输出脉冲信号加至加、减法计数器的CP端，作为计数脉冲。4510D端是减计数控制端，当10脚为高电平时，4510作加法计数，当10脚为低电平时，4510作减法计数。CD4013是D触发器，其D端与Q非端相连，构成计数状态，即CP端每有一个脉冲出现，触发器的状态就改变一次。电源电路接通时。译码器CD4028的“0”端输出高电平，该高电平又加至4013的R端(①脚)，使其置0,相应⑥脚为高电平，4510⑩脚为高电平，使4510加法计数。当555向4510送入一个计数脉冲时，4510的QA～QD端的BCD码经二-十进制译码器4028译码后，在其“0”～“9”十个输出端依次输出高电平。若此十个输出端通过接口电路与继电器或可控硅相连，则可使继电器或可控硅所挂彩灯从“0”～“9”依次点亮。当4028的“9”端输出高电平时，此电平信号加至4013的CP端，使其翻转，4510的U/D端变成低电平，则4510从下一个时钟脉冲开始作减法计数，这会使所控彩灯从“9”～“0”依次点亮。

总体电路

第四章 实验、调试及测试结果与分析

完成电路设计，安装元器件及连好导线后，进行实验结果测试。实验前首先完成以下步骤：

1.检查电路原理图及导线的连接。检查导线的连接是否与电路原理图上一致。

2.检查导线的连接。

3.检查实验仪器和器材是否完好。

完成上述步骤后，接通5伏的直流电源，实验现象为：

按下开关，发光二极管出现循环亮暗变化，通过改变相关电阻的大小，进一步确定发光二极管各自发光停留的时间，从而形成多彩的流水灯效果。通过拨码开关的选择，达到题目所要实现的效果。

至此，多功能流水灯电路设计，调试与实验成功。

结论

经过不断的检查、调试和分析，成功完成了多功能流水灯的基本要求和部分提高要求，得出了正确的实验现象，按下电源开关，电路可在预定的时间到来时，产生一个控制信号控制彩灯的流向，与此同时，通过利用中规模集成电路中可逆计数器和译码器来·实现正、逆流水功能，利用组合电路实现自控、手控、流向控制等功能。

调试期间多次出现问题，致使实现的结果与题目的要求有较大差距，但在细心的检查下，发现一些诸如线没有连好，或是有些跳线连错，导致结果不一样，这些错误一一排除之后，终于使得电路实现题目所需的要求，另外，在发挥部分，设计了一个间隔流水的功能，让电路的功能更为完善。

总的来说，这次设计获益胜多。不仅培养了实践能力，还培养了设计思维，同时也锻炼了动手实际操作能力，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，锻炼了运用所学知识的灵活性，加深了对知识的理解及提高了解决问题的能力。在体会到设计电路的艰辛的同时，更能体会到成功喜悦和快乐。

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社.

[2] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.

[3] Brown. StephenBrown. Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design. 机械工业出版社.

[4] Victor P.Nelson，H.Troy Nagle，Bill D.Carroll，J. David Irwin .Digital Logic Circuit Analysis & Design. Prentice Hall/Pearson. 

[5] 陈俊亮.数字电路逻辑设计 .人民邮电出版社 .