—彩灯循环控制电路。
齐齐哈尔大学通信与电子工程学院。
电子122：马五阳。
指导教师：梁红。
2023年6月24日。
彩灯循环电路。
一、设计任务。
1.设计目的。
为了提高运用所学数电模电的理论知识、分析问题、解决问题的能力，掌握电子电路的设计方法，熟悉电路在protues中的组装、运行、调试的方法，使得理论与实践相结合，提高处理实际问题的能力以及动手能力，设计频率可调的多路循环彩灯电路，实现多路彩灯的多方式显示，满足日常生活及节日娱乐的装饰。
2.技术指标。
1．555定时器器件特性。
555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。集成时基电路555的电源电压范围较宽，可在5~16v范围内使用（ttl型，若为cmos型的555芯片，则电压范围可在2~18v 内），电路的输出有缓冲器，因而有较强的带负载能力。双极型时基集成电路最大的灌电流和拉电流都在200ma左右，因而可直接推动ttl或cmos电路中的各种电路，包括能直接推动蜂呜器、小型继电器、喇叭和小型电动机等器件。
集成555定时器有双极性型和cmos型两种产品。它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。其主要参数见表1.1.
基于以上对555定时器参数及性能的分析，认为以555定时器搭建的电路能够驱动小功率扬声器发音，选择适当的外部电阻电容等器件与555定时器配合使用能够使此设计得以实现。
2.555定时器内部结构及工作原理。
1） 内部结构：
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图1和图2所示。
vi1（th）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为th。
vi2（）：低电平触发端，简称低触发端，标志为。
vco：控制电压端。
vo：输出端。
dis：放电端。
复位端。555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻r组成的分压网络，产生vcc和vcc两个基准电压；两个电压比较器c1、c2；一个由与非门g1、g2组成的基本rs触发器（低电平触发）；放电三极管t和输出反相缓冲器g3。
是复位端，低电平有效。复位后， 基本rs触发器的端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。vco为控制电压端，在vco端加入电压，可改变两比较器c1、c2的参考电压。
不加控制电压时，要在vco和地之间接0．01μf（电容量标记为103）电容。放电管tl的输出端dis为集电极开路输出。
定时器接成多谐振荡器。
1)连接方法：
将555定时器的vi1 和vi2连在一起结成施密特触发器，然后将vo经rc积分电路接回输入端即构成了多谐振荡器。
2) 多谐振荡形成机理：
初始时刻，vc为0时，vi2vt- ，vi1vt+，555定时器处于高出发状态，vo＝0，t导通，电容c经过r2、t放电，vc降低，当vc下降到vt-时，vi2(3)相关公式推导：
通过vc的波形球的电容c的充电时间和放电时间计算公式如下：
充电时间计算公式：
放电时间计算公式：
故电路的振荡周期为：
当vco悬空（接电容后接地），=vcc , vcc时，振荡周期：
振荡频率：
二、设计方案论证。
1）本实验实现的功能是彩灯依次亮， 这样自动循环下去。首先，要实现依次亮的功能，就必须用一个像开关一样的元件闭合使电路依次导通，又因为要实现自动控制，采用计数器实现计数，用施密特触发器与 555 多谐振荡器，产生脉冲送给计数器，市电 220v 经过变压成直流工作电压提供给多谐振荡器和计数器。采用八个发光二极管的驱动电路与之组成输出显示，到此整个彩灯循环控制电路就初步形成了。
2）采用555定时器组成多谐振荡电路提供**脉冲，此方案利用计数器产生的脉冲控制彩灯的循环显示，该方案只能实现led灯的依次循环显示。
3）电路控制是通过三极管，有极性电容，电阻来控制发光二极管来实现的。其中电路图通过r1，r2和v1来控制发光二极管d1。电容c2，r3和v2来控制发光二极管d2，电容c3，r5，r6和三极管v3来控制发光二极管d3。
打开电源三个发光二级管全亮，同时我们可以在每一个发光二极管上并联一或几个二极管，随着二极管个数增加电路图的电压也要随之增大。否则二极管不会全亮。电路原理图如下：
比较（1）、（2）、（3）方案，方案（2）实现简单，系统可靠集成度高，功能容易实现，所用元件更少，所以选用方案（2）。
三、电路结构及其工作原理
1.电路的结构框图。
图1 彩灯循环电路框图。
2.电路的原理图。
图2 彩灯循环电路原理图。
3.电路工作原理。
首先，由ne555产生方波脉冲，作为74ls174的时钟输入；然后，由74ls174构成六位移寄存器，实现六个发光二极管的循环点亮。
四、电路主要元件简介。
1.555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。2.
此芯片集成了六个d触发器六角为输入分别为电源输入端和接地端；9脚为时钟信号输入端；1脚为清零端（低电平有效）。
2.74ls174 六上升沿d触发器（q端输出，有公共清除端），当清除端（ cr ）为低电平时，输出端为低电平。在时钟（cp）上升沿作用下，q与数据端（d）相一致。
当 cp 为高平或低电平时，d对q没有影响。
五、电路**过程及结果。
根据经验和查阅相关资料，同时参考相应模型，选取各电路元件参数，通过**软件multisim**电路。在各单元电路设计的基础上，用 multisim10.0 软件把各单元电路连接起来，画出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。
选择合适的电阻电容，然后启动开关观察，根据彩灯的闪烁情况判断电路是否正常。经过耐心的连接，检查与调试，**结果终于无误，验证了设计的正确性。结果如图所示。
七、课程设计体会。
我所做的课题（彩灯循环电路）尽管从硬件上看并不烦琐，彩灯依次亮，但是真正亲手去做这个课题的时候，才发现凡事都有其道理，轻而易举的事情并不存在，必须认真对待，一旦深入其中，便会体会、学习到许多最初从表面看不出来的知识。 切不可“眼高手低” ，记得数学老师曾经说过“小概率事件不容忽视” ，一个小小的元器件都要放进整体中认真考虑，否则便会影响全局，甚至起到负面作用、产品的工作状态及寿命正式取于一个个单元块和每一个组成单元块的元件可靠性和兼容性。 经过这次课程设计，完成这个课题，并将之形成严谨的思想体系，用书面的形式表述出来，形成一篇能明白表达自己设计思想的小**，很大程度上锻炼了我。
课堂学到的知识，在实践中更能体会其中的奥妙，也使我更清醒地认识到自己现掌握知识的有限，还有太多太多的科学知识、生活技巧待我用心去学，我不会的太多，世界真是太大了。使我更深切地认识到，做任何事情都要用心。即使看起来再小的事情也有其存在的意义，所以不能小视，要以端正、严谨、谦逊的态度面对。
彩虹的出现必须经历风雨；茶入口最初总是苦的，品后才会沁人心脾。 为弄清电路及元件原理，除了从学的课本上查找，更多的还要在图书馆查阅大量资料。每当弄懂一部分，心中欣喜便无可言表。
曾经面临的困难、压力，现在回顾，便显得微不足道了。 以上是我这次课程设计的真切体会，总之，受益匪浅。
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