姜彩灯控制器设计.doc

模拟电子技术课程设计 题 目：彩灯控制器设计 　　 院 系：工学院电气与电子工程系 专 业：自动化 班 级：自动化1502　　　 　 姓 名：姜宇鹏　　 　 学 号：201502022010 指导教师：曲春风 　　　　 完成日期：2016年12月 成绩： 摘要 随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。在这样的大环境下，我们需要开发出更加时尚，而且电路简单，功能更多的多路彩灯控制器，使得它能在不同的场合，不同时间段，能够有不同的闪烁频率。本文用555定时器，cd4017脉冲分配器作为主要元器件，通过这个元器件的工作特点，实现彩灯的各种序列变换，进行彩灯控制的初步探索和研究， 设计的思想是以最少的芯片数量，制作成体积小、功耗低，并且具有很好的可靠性和可扩展性。全部的设计仿真都用protus软件来实现。 关键词：彩灯 元器件 仿真 设计任务与要求 (1)共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求按一定顺序和时间关系运行。 (2)动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。 (3)对各组灯的控制，要求有驱动电路。 (4)对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮每一组，利用视觉暂停，达到跑动的效果。 目录 1.彩灯控制器的构成及整体电路方框图： 1 2总体设计方案 2 3方案电路各部分的原理及其设计 4 3.1 脉冲发生电路 4 3.1.1 NE555芯片功能简述 4 3.1.3电路原理及设计： 5 3.2译码及分频电路 6 3.2.1 CD4017功能简述 6 3.2.2 CD4017逻辑结构图： 6 3.2.3设计电路及原理： 7 3.3驱动及显示电路 8 4仿真结果及分析 10 4.1仿真结果 10 4.2 仿真结果分析 12 5 心得与体会 13 6 参考文献 14 附录一：元件清单 15 表3 原件清单 15 1.彩灯控制器的构成及整体电路方框图： 设计的总电路由循环控制电路、序列控制电路、输出电路三部分组成，其中序列控制电路又包括自然序列、奇偶序列和音乐序列控制电路。其工作流程是通过循环电路控制序列电路中序列的循环，再由输出电路输出序列。其工作框图如图1所示： 图1 彩灯控制电路总图 2总体设计方案 采用555定时器、cd4017脉冲分配器、2n5551三极管以及一些电阻、电容等器件来设计。这些芯片的不同接法可实现不同的功能，简单方便，序列由数码管输出，序列的输出可通过译码器来控制，序列显示的时间通过调节脉冲信号的频率来进行调控，此方案的具体设计思路如下： 利用555定时器来实现连续可调的脉冲。以实现序列时间间隔变化的控制。进而改变彩灯的闪烁频率。 用CD4017脉冲分配器实现对555脉冲的分配，实现彩灯的流水花样，同时通过串联下一级的CD4017实现对脉冲的十分频。进而使彩灯实现原频率的十分之一的速率闪烁 通过使用2N5551三极管的开关功能实现对彩灯花样的变换 图1：脉冲发生及脉冲分配分频电路 3方案电路各部分的原理及其设计 3.1 脉冲发生电路 3.1.1 NE555芯片功能简述 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平 图3：NE555芯片引脚图 3.1.3电路原理及设计： 产生信号脉冲的方法很多，可直接接入电压源脉冲信号，还可用多谐振荡器产生方波信号。本设计选用的是用多谐振荡器。它是一种在接通电源后。选用的电路由555 定时器构成的，因为555 定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用它组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小，这样使产生的矩形波更稳定。