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可编程彩灯控制器原理和设计说明.doc
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2022-07-17
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可编程彩灯控制器原理和设计说明.doc
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目 录
一、课题设计任务与要求 .3
二、设计目的 3
三、优选设计方案 4
四、整体设计思想与原理框图 5
五、各模块设计与分析 6
1、脉冲发生电路 7
2、控制电路和译码电路 10
3、存储电路 12
4、数码管显示电路 .14
六、元器件清单 15
七、安装与调试中出现的问题和解决方法 15
八、设计感想 17
附 录
一、实验电路图 20
二、实验电路连接图 .21
三、参考文献 21
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一、课题设计任务与要求
课题名称:可编程彩灯控制器
设计任务与要求:
1、设计脉冲产生电路、图形控制电路和存储电路;
2、用 8×8LED 点阵作为显示电路,显示容的动面感要强。
3、能用按键切换不同的显示组合,至少有 3 个按键切换;
4、每种组合至少有 3 种变化,每种组合图形能连续循环;
5、要有数码管显示当前是第几种组合(或是第几个按键);
6、图形显示间隔(显示频率)至少有 3 种可选。
控制器可有 2 种控制方式:
(1)规则变化:变化节拍有 0.5 秒和 0.25 秒,交替出现,每种节拍可有
多种花样,各执行 1 或 2 个周期后轮换;彩灯变化方向有单向移动和双向移
动、跳跃移动等。
(2)随机变化。变化花样一样,但节拍和花样的轮换随机出现。
7、完成电路全部设计后,通过实验箱验证设计课题的正确性。
二、设计目的
本课程设计主要是为了实现可编程彩灯控制的功能,且通过本次电子课程
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设计,了解电子产品设计的一般过程,掌握电子线路设计的基础方法和一般过程,
能灵活运用已学过或者类似的集成块构成电路实现上述功能,还能灵活掌握 555
电路的应用方法。能用仿真软件对电子线路进行仿真设计,还能用 Portel 等软
件绘制 PCB 图,掌握了电子电路调试的方法,且能独立解决设计与调试过程中
出现的一般问题,并进一步掌握 EEPROM 的编程方法和应用。
三、 优选设计方案
方案 A:
根据设计要求,本系统由控制电路,编码发生电路和输出驱动电路等组成。
其彩灯控制器的总体设计思想如下:
1. 编码发生器
编码发生器根据花形要求,按节拍送出 64 位状态编码信号,以控制彩灯按
规律亮或灭。因为彩灯路数少,花形要求不多,可选用移位寄存器输出 64
路数字信号,控制彩灯发光。编码发生器采用 16 片 4 位通用移位寄存器
74LS194 来实现。74LS194 具有异步清除和同步预置、左移、右移和保持
等多种功能,控制方便灵活。64 路彩灯采用两片 74LS194 组成 64 位移位
寄存器,花形设计比较灵活。移位寄存器的 64 个输出信号通过驱动电路控
制电路来控制彩灯,编码器中数据输入端和控制端的接法由花形决定。根据
选择的花形,可列出移位寄存器(编码发生器)输出状态。
2. 控制电路
控制电路为编码器提供所需的节拍脉冲和驱动信号,控制整个系统工作。控
制电路的功能有两个:一是按需要产生节拍脉冲;二是产生移位寄存器所需
要的各种驱动信号。控制电路设计通常按照下述步骤进行:逐一分析单一花
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形运行,移位寄存器的工作方式和驱动要求,按照工作状态决定 74LS194
移位寄存器工作的状态顺序,同时是分析移位寄存器工作方式和驱动要求的
依据。
方案 B:
采用 555 定时器输出脉冲,高频通过计数器控制电路和译码电路,不断刷
新显示矩阵的各列;而低频产生脉冲,决定显示哪一幅画面。由于需要产生 64
幅以上的图形,可以设计一个 64 进制的计数器,即可显示 64 幅图,此低频接
在 EEPROM 的高位,而高频计数器控制电路的输出接在 EEPROM 的低三位。
即高位决定显示哪幅画,低位表示每幅图形的每列的显示。
显然,方案 B 比较合理而且能实现课程设计的要求,采用方案 B 来进行课
程设计。
四、 整体设计思想与原理框图
本系统可设计为四个模块:
1.脉冲发生电路
采用两个 555 定时器组成振荡器,一个产生高频和一个产生可调低频。高
频通过计数器控制电路和译码电路,不断刷新显示矩阵的各列;而低频产生脉冲,
决定显示哪一幅画面。
2. 图形控制电路
用 74LS161 芯片设计一个 64 进制的计数器,以显示 64 幅图,其中低片计
数器构成 16 进制,高片计数器构成 4 进制,并且将低频通过计数控制电路接在
EEPROM 的高位,从而选择显示哪一幅画。而高频通过计数器控制电路接在
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EEPROM 的低三位,不断刷新显示矩阵的各列,用以控制图形的显示。由于显
示矩阵是由 64 个发光二极管组成,把译码器输出接在显示矩阵的阴级进行行控
制,EEPROM 接在显示矩阵的阳极进行列控制,只有同时导通时,二极管才亮。
译码电路是低电平有效,每次只有一个输出有效,所以需要快速进新刷新,故将
高频通过计数器控制电路接在译码电路的输入端。
3.数码管显示电路
当前 8X8 显示矩阵显示的是哪一幅画,可以通过 2 个数码管显示出来。其
中第一个数码管显示该画面所在的组别,另一个显示该幅画为这个组别的第几幅
画。由于上面设计为 16X4 的 64 进制计数器控制显示画面。故可以设计四种组
合,每一个组合为 16 副画。
4.存储电路
显示什么样的图形就决定于 EEPROM 的编程,而最终显示在显示矩阵上。
此外,暂停功能:控制低频计数器低位的 EP 和 ET 端实现。手动选画功能:
当低频计数器的
PE
端为高电平时,图形自动连续循环;当
PE
端为低电平时,计
数器处于置数功能,可通过选画开关选择需要显示的图画,其中高片计数通过置
数选择画面组别,底片计数器通过指数选择此组合的某一幅画。清零功能:控制
低频计数器的清零端
R
,当
R
=0 时,计数器实现清零功能。
原理框图如下:
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