彩灯变换控制电路毕业设计

XX理工学院毕业设计（论文）

彩灯变换控制电路设计

学 生： 学 号：

专 业：应用电子技术 班 级： 2007. 1 指导教师：

XX理工学院自动化与电子信息学院

二O一O年六月

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摘 要

本文从研究单元电路出发，结合课题要求设计出实用的彩灯变换控制电路。以理论联系实践为基础，突出了电子设计的使用性。其中以集成电路为主讲述了各器件功能，分析其电路原理。以小规模集成电路控制彩灯按照一定的规律显示数字序列，以LED显示。达到观赏的效果，它在广告和晚会灯光布置也可以收到很好的妙用。具有较广的使用价值。

关键词:集成电路，数字序列，计数器，数码显示

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目录

摘 要.............................................................. 1

引 言 ...................................................... 1

第1章 题目及要求................................................... 0 第2章 总体方案选择................................................. 0 第3章 单元电路设计................................................. 3 3.1矩形波发生器计 ................................................ 3 3.1.1 74LS290管脚功能 .......................................... 1 3.1.2 555多谐振荡器 ............................................ 3 3.1.3 矩形波发生器参数.......................................... 5 3.2接通电源清零电路设计 .......................................... 5 3.3状态计数器设计 ................................................ 6 3.4逻辑电路图 .................................................... 8 3.5控制门电路设计 ................................................ 9 3.3.1控制门Ⅰ .................................................. 9 3.3.2控制门Ⅱ ................................................. 11 3.6译码显示电路 ................................................. 13 3.6.1 7448七段显示译码器 ...................................... 13 3.6.2 BS201引脚图及驱动方式 .................................... 2 第4章 整机设计及整机电路原理图..................................... 4 第5章 结束语....................................................... 6 致谢................................................................ 6 参考文献（主要及公开发表的文献）.................................... 1 附 录............................................................... 0

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引 言

进行电子线路设计与实践活动是电子线路理论联系实际的重要环节，对巩固和加深课堂教学效果，提高学生和相关科技人员的实际工作技能，培养科学作风，为学习和从事实践技术工作奠定了坚实的基础都具有重要的作用。

其目的在于毕业设计是高等教育中培养学生综合运用所学理论知识和技能,解决实际问题能力的重要环节之一,是衡量毕业生是否达到相应学力层次的重要依据。毕业设计将总结专业基础和专业技术的学习成果,锻炼和开发学生的综合运用能力。其意义在于通过毕业论文，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。在作完毕业设计后，感到自己的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。

目前流行的设计方法有多种，如采用单片机设计控制电路等等。由于该设计比较简单，使用单片机成本较高切稳定性不足。所以我采用小规模集成电路来完成设计，以74LS系列芯片为主，使电路可靠性有较好的保证并且成本也相对较低，易被广泛采用。展望将来，这个电路也会有相当大的使用价值，其可以作为很好的装饰品。如同自贡的彩灯公园，不得不说就是其实用的一大优化，每年有上万人来观看，足以说明彩灯在人们心中的美丽了。就在今天也随处可见彩灯的踪影，它以不知不觉成为我们身边不可却少的一部分。以其结构简单，易集成化的特点为大众所接受。

本次毕业设计共分5章，其基本内容是围绕彩灯变换控制电路设计来展开的。其中以单元电路设计及选择为主，分别讲诉各电路功能，然后综合各单元电路完成整体电路设计，并计算其各元器件参数。第一章以设计要求为主。第二章讲述了选择方案的原因。第三章则由选定的方案开始讲解各单元电路的构成以及总体电路机构并分析各环节的参数。第四章整合前面内容给出总体电路图，简单分析电路工作原理。

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初次写毕业设计，也遇到不少问题，存在许多不足。

本次设计的主要思路是理论联系实际，以实践训练为主，突出电子技术的实用性。

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3.1.1 74LS290管脚功能

74LS290内部含有两个独立的计数器电路：一个是模2计数器（CPA为其时钟，Q为其输出端），另一个是模5计数器（CPB为其时钟，QADQQCB为

其输出端）。

外部时钟CP是先送到CPA还是先送到CPB，在Q出端会形成不同的码制。

74LS290原理电路图如图4-1.1所示。

DQQQCBA这四个输

图4-1.1 74LS290原理电路图

74LS290管脚分布图如图4-1.2所示。

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图4-1.2 74LS290管脚分布图

74LS290功能表如表4-1.1所示。

表4-1.1 74LS290功能表

R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) QD QC QB QA × 1 1 0 1 × × × 1 1 × × 0 0 1 0 × 0 × 0 × 1 × 0 × 0 × 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 计数状态 74LS290在“计数状态”或“清零状态”时，均要求R9(1)和R9(2)中至少有

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一个必须为“0”。只有在R0(1)和R0(2)同时为“1”时，才能进入“清零状态”。

连接方法2如图4-1.4所示。

图4-1.4 74LS290连接图示2

74LS290是一个二-五-十进制上升沿计数器。当控制管脚接低电平，时钟信号加在CLKA端时，它构成一个二进制计数器。

当时钟信号加在CLKB端时，它构成一个步长为2的五进制计数器。 当时钟信号加在CLKA端且将QA反馈到CLKB时，它构成一个普通的十进制计数器。

4.1.2 555多谐振荡器

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

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有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 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引脚图如下所示。

图4-1.5 555引脚图

555的内部结构可等效成23个晶体三极管。17个电阻、两个二极管组成了比较器，RS触发器，等多组单元电路。特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器，为上下比较器提供基准电压，所以称之为555。 555属于cmos工艺制造。 555引脚图介绍如下 1地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值） 7放电 8电源电压Vcc

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4.1.3 矩形波发生器参数

振荡周期为： T=1/10*1/f0=0.01～0.5s

振荡周期最小值和最大值与R1、RW、R2和C1的函数关系：

Tmin=(R1+2R2)*C1ln2 (4.1) Tmax=(R1+2Rw+2R2)*C1ln2 (4.2)

由式(4.1)、(4.2)Tmin/Tmax=(R1+2R2)/(R1+2Rw+2R2)=0.01/0.5 得：

R1+2R2=2/49Rw (4.3)

把(4.3)代入(4.1)得：（且选C1=1.5uF时）

2/49Rw*1.5*10-6ln2=0.01

计算得：Rw=255KΩ 取Rw=330KΩ

若令R1=R2,则3R1=2/49Rw 最后得：R1=R2=4.49KΩ

取 R1=R2=5KΩ C2=0.01uF

3.2接通电源清零电路设计

为了使BCD计数器和状态计数器在接通电源时自动清零，因而需要一个脉冲宽度比计数器的延迟时间大一个数量级的清零脉冲，保证计数器正确清零。

电路采用如图所示的单积分单稳态电路。

图4-2.1 单稳态积分电路图

在接通电源前，门Ⅰ的输入端为高阻，V01为低电平。当电源接通瞬间，Vi=0,则V01为高电平，对电容充电使Vi上升到开门电平时，则V01回到低电平。

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故门Ⅰ输出一个正清零脉冲，门Ⅱ输出一个负清零脉冲，波形如图4-2.2所示。

图4-2.2波形图

其元件参数，时间常数由t=R3C3=ktpd决定，k为系数（在10～103之间），tpd=40ns.设R=103,则有：

R3C3=4ms

取C3=0.1uF,则R3=40KΩ左右，取R3=45KΩ 反向器选用TTL非门。

3.3状态计数器设计

状态计数器在本次设计中的作用是控制状态S0SSSS1234之间的相互

转换，以起到各单元电路之间相互协调工作的目的。设计一个五状态的同步计数器，需要三个D触发器（选用DF/F T4074），也可采用74LS161计数器来实现。下面将分别介绍使用三个D触发器实现和使用74LS161计数器来实现，并通过比较最终选定方案。

3.3.1状态转换图（图4-3.1）

S0 1/

S1 1/

S2

/1 /1

S4 1/ S3

图4-3.1 状态转换图

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3.3.2卡诺图（图4-3.2）

QQFE 00 01 11 10 QG 0 1

SS0 S1 S2 S3 4× 图4-3.2 卡诺图

× × 3.3.3将状态转换图转化为真值表（表4-3.1）

表4-3.1 真值表 状态 QQQGFnnnE QQQGFn?1n?1n?1E QQQGFE SSSSS

0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 12343.3.4求驱动方程

由D触发器的特征方程为：

Qn?1G=DG (4.4)

易求的驱动方程为：

Qn?1G=DG=QFEQF (4.5)

D=QF (4.6) D=QGQF (4.7)

E 检查能否自启动：（表4-3.2）

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表4-3.2 自启动真值表

QQQGFnnnE QQQGFn?1n?1n?1E 1 0 1 1 1 0 1 1 1 经检查能自启动

0 1 0 1 0 0 0 1 0 3.3.5逻辑电路图（图4-3.3）

图4-3.3 逻辑电路图

由于，以上过程较复杂，因此，可以简单的采用一片74LS161来循环计数。同时也方便绘制整体电路图。其功能表如下：（表4-3.3）

表4-3.3 4 位同步二进制计数器74LS161的功能表

CP × 1 × × 1

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R DLD EP ET × × × × 0 1 × 0 1 1 工作状态 置零 预置数 保持 保持（C=0） 计数 0 1 1 1 1 × 0 1 1 1

当RD?LD?EP?ET?1时，电路工作在计数状态，从电路的0000状态开始连续输入16个计数脉冲时，电路将从1111状态返回0000状态，C端从高电平跳变至低电平。还可以利用C端输出的高电平或下降沿作为输出信号。

在这里，我门只使用5个状态，所以我们可以将0100作为清零信号，实现0000～0100的循环计数。其电路连接简单易懂。电路连接如下图4-3.4所示。

图4-3.4 状态计数器电路图

由图可知，其相对D触发器设计简单，且直观，不易出错，这也是最后选择它的原因。相同的功能很多方法都能实现，但是我们要选择简单易行的方案。

3.4控制门电路设计

控制门Ⅰ、Ⅱ电路为组合电路。其功能在于控制输出输入信号的转变以达到信号转变要求，实现电路转化的目的。

3.4.1控制门Ⅰ

(1)列真值表：由表1可列出如下真值表：（表3-4.1）

表3-4.1 控制门Ⅰ真值表 状态 状态变量输入时钟（CPQ） 输出时钟（CP） AB （QQQ） GFE 0 0 0 0 × 0 S0 0 0 0 1 × 0 0 0 1 0 0 × S1 0 0 1 1 1 × 9

SSS 2 30 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 × 1 × × 0 × 0 × 0 × 1 0 1 0 1 0 1 4 (2).卡诺图化简：（图3-4.1）

QCPGQQ FE QA 000 0 1 1 0 001 011 010 110 111 101 100 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 × × × × × × × × × × × × 0 1 1 0 00 01 11 10

3-4.1 控制门Ⅰ卡诺图 所以 CPB?QnEQnA?QCP

Ennn =Q?CP?Q?Q (3.6)

EEAn

(3).逻辑图（图3-4.2）

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