多路彩灯控制器8路移存型彩灯控制器.doc-资料库

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多路彩灯控制器的设计一课程设计题目（与实习目的）（1）题目：多路彩灯控制器（2）实习目的： 1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。 2．熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。 3．了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。 5．作为课程实验与毕业设计的过度，课程设计为两者提供了一个桥梁。二任务和要求实现彩灯控制的方法很多，如 EPROM 编程、RAM 编程、单板机、单片机等，都可以组成大型彩灯控制系统。因为本次实习要求设计的彩灯路数较少，且花型变换较为简单，故采用移位寄存器型彩灯控制电路。（1）彩灯控制器设计要求设计一个 8 路移存型彩灯控制器，要求： 1. 彩灯实现快慢两种节拍的变换； 2. 8 路彩灯能演示三种花型（花型自拟）； 3. 彩灯用发光二极管 LED 模拟； 4. 选做：用 EPROM 实现 8 路彩灯控制器，要求同上面的三点。（2）课程设计的总体要求 1．设计电路实现题目要求； 2．电路在功能相当的情况下设计越简单越好； 3. 注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉； 4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。三总体方案的选择（1）总体方案的设计针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：方案一：总体电路共分三大块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制及节拍控制；第三块实现时钟信号的产生。主体框图如下：方案二：在方案一的基础上将整体电路分为四块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。主体框图如下：

（2）总体方案的选择方案一与方案二最大的不同就在，前者将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起，是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因，且原理相对简单。这样设计，其优点在于：设计思想比较简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。缺点则是：中间单元电路连线过于繁多，容易出错。且可能出现线与关系。要避免这些，则势必造成门电路使用过多。导致电路不稳定，抗干扰能力下降。而后者则将以上两种功能分开设计，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试带来方便。缺点则是：节拍控制电路采用可编辑逻辑电路，原理相对复杂，不易理解。花型控制电路简单，花型也比较简单。基于以上原因，加上为了确保短时间内完成课程设计，我选择了连线少，易于组装和调试的方案二。四单元电路的设计 1.设计所使用的元件及工具： 74LS161（四位二进制同步计数器） ---------------------- 2 个； 74LS194（移位寄存器） ------------------------------ 2 个； 74LS151（八选一数据选择器） --------------------------- 1 个； 74LS74（双 D 触发器） ---------------------------------- 1 个； 74LS20（双四输入与非门） ---------------------------- 3 个； 74LS04（六非门） ------------------------------------ 2 个；发光二极管--------------------------------------------- 8 个； 555 ----------------------------------------------- 1 个；电容： 4.7μf ----------------------------------------------1 个； 0．01μf ---------------------------------------------1 个；电阻： 150kΩ ------------------------------------------------------------ 1 个； 100Ω ----------------------------------------------1 个； 4.7kΩ -----------------------------------------1 个；实验板一个；万用表一个；钳子一个；导线若干。 2.各个单元电路（1）花型演示电路由二片移位寄存器 194 级联实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。

三种花型变换样式花型 1：8 路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次；花型 2：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。循环两次；花型 3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。移存器输出状态编码表我的设计是每种花型完整显示两遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为 64，即 1~16 显示第一个花型，17~32 显示第二个花型，33~64 显示第三个花型。要用 194 实现三个花型的连续显示必须对两片 194 的 S1、S0 和 SL、SR 一句节拍的变化进行相应的改变。现将两片 194 分为低位片 1 和高位片 2，再将其输出端从低位到高位记为 L1~L8。列出各花型和其对应的 194 的 S1、S0、SL、SR 的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用^Li 表示 Li 的取非)

经过分析可以得到控制 194 高低位片的左移右移变化的控制量。用 QA~QH 表示 161 从低位到高位的个输出端。控制结果表达式如下：电路图如下：

（2）花型控制信号电路由二片 161 级联的模 128（三种花型节拍每种显示两遍，再总体重复一遍的总节拍数）计数器。 161 的级联用的是同步，并用^QH 清零。当三种花型全新显示一遍后（总共 64 拍）161 的输出变为 00000100 所以将 161 高位片的 Q2（即 QG）信号输给节拍控制电路的 151 的 A 来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。161 的 CP 脉冲来自节拍控制电路中 74 的输出端 Y。电路图如下：

（3）节拍控制电路由一片 151 和一片 74 级联实现。整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。令 74 的 Vcc，CLR，PR 都接高电平，将^Q 的输出接到 D 端，Q 端的输出接到 151 的 D1 端。令 151 的 D0,D2,D3,D4,D5,D6,D7,B,C,G’,GND 接低电平，Vcc 接高电平，D0 接时钟信号的 CP 脉冲，A 端接由花型控制电路的 QG 输出。所以 Y 端的输出就为：Y=CP·^A+Q·A (Q 是 74D 触发器的输出端)由 D 触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个 CP 脉冲的上升沿，Q 输出为上一次的记录（即一个脉冲）。也就比时钟信号电路的 CP 脉冲慢了一拍。所以通过 A 为 0 或 1 选择 Y 端输出的脉冲的频率。A 端接的是 161 的高位片的 QG 即当到达第 64 拍时 QG 为 1 接下来的 65~128 拍为变慢后的脉冲输出。电路图如下:

（4）时钟信号电路由一片 555 加上适当电容及电阻实现。电容取：4.7μf 电阻取：150 kΩ 0.01μf 4.7 kΩ 电路图如下：五总体电路图（见附页）

六电路组装完成后，实际测量的各个单元电路的输入、输出信号波形 1．基本 CP 脉冲产生电路波形图与分频电路波形图 2. 测试波形: (列依次为 CP 脉冲,低位片 194A,B,C,D,高位片 194A,B,C,D) 花型一：花型二：

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