數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)四花樣彩燈電子設(shè)計(jì)

1、摘 要如今廣告牌的設(shè)計(jì)和節(jié)日彩燈的設(shè)計(jì)都能運(yùn)用到彩燈控制器的原理。本次設(shè)計(jì)的四花樣彩燈控制器是其中較簡(jiǎn)單的，但這是進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器，要求實(shí)現(xiàn)：彩燈一亮一滅,從左向右移動(dòng)；彩燈兩亮兩滅，從左向右移動(dòng)；四亮四滅，從左向右移動(dòng)；從 18 從左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅；四種花樣自動(dòng)變換。 首先要分析設(shè)計(jì)要求，從要實(shí)現(xiàn)四花樣入手推導(dǎo)出要使用的芯片?？赏ㄟ^八位右移寄存器 74ls164 實(shí)現(xiàn)八個(gè)彩燈的向右移動(dòng)，從它的右移輸入端輸入四種碼來實(shí)現(xiàn)它的四種花樣。根據(jù)四種花樣確定這四種碼，可通過模十六計(jì)數(shù)器 74ls161 的輸出端接與門 74ls08 和

2、非門 74ls04 產(chǎn)生。要實(shí)現(xiàn)彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，把四種碼輸入四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 的四個(gè)輸入端，它的地址輸入端接雙 d 觸發(fā)器 74ls74 的兩個(gè)輸出端，74ls74 可產(chǎn)生四種循環(huán)的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。時(shí)鐘信號(hào)由兩個(gè) 555 產(chǎn)生，一個(gè)產(chǎn)生周期為 0.721 秒的矩形脈沖控制模十六計(jì)數(shù)器 74ls161 和八位右移寄存器 74ls164,另一個(gè)產(chǎn)生周期為 14.01 秒的脈沖控制雙 d 觸發(fā)器。當(dāng)彩燈完成一種花樣時(shí)，雙 d 觸發(fā)器輸出狀態(tài)改變，數(shù)據(jù)選擇器選擇另一種碼輸出，彩燈變?yōu)橄乱环N花樣，直到完成四種花樣再循環(huán)變化。關(guān)鍵詞 分頻；數(shù)據(jù)選器；控制器；時(shí)鐘脈沖；自動(dòng)轉(zhuǎn)換

3、目 錄前言.1第第 1 1 章章 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求.2 2 1.1 設(shè)計(jì)課題及要求.2第二章 工作原理及系統(tǒng)組成.3第三章 電路方案選擇.5第四章 單元電路設(shè)計(jì)與計(jì)算.7 4.1 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路.7 4.2 四種碼產(chǎn)生電路.9 4.3 彩燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路.13 4.4 花樣輸出電路設(shè)計(jì).14第五章 整機(jī)電路設(shè)計(jì).17第六章 電路仿真.19 6.1 軟件介紹.19 6.2 仿真電路.19第七章第七章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析23 7.1 結(jié)果的調(diào)試及分析 23結(jié) 論.24參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 25 附錄 1 花樣彩燈控制器原理總圖 .26附錄 2 元器件明細(xì)表.27 前言

4、彩燈控制器有著非常廣泛的運(yùn)用，如：led 彩燈，音樂彩燈控制器，二維彩燈控制器等等。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)合可以看到彩色霓虹燈。led 彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，用 彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚。但目前市場(chǎng)上各式樣的 led 彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場(chǎng)合、不同時(shí)間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間、模式、閃爍頻率等動(dòng)態(tài) 參數(shù)。優(yōu)易 led 全彩燈光控制系統(tǒng)由 color edit 編輯軟件、主控器、分控器和 led 光源組成，廣泛應(yīng)用于城市

5、景觀、風(fēng)景名勝、道路橋梁、建筑輪廓、娛樂場(chǎng)所、戶外廣告、室內(nèi)裝飾等美化、亮化工程。二維彩燈控制器可控制五路彩燈逐行遞增點(diǎn)亮，再逐行遞減熄滅。若將一定數(shù)量的彩色燈組合聯(lián)接，就能營(yíng)造出平面上色彩變化的場(chǎng)景，這比通?？刂埔粭l線上的色彩流動(dòng)更加豐富絢麗?？刂破鞑捎脭?shù)字集成塊，外圍元器件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只要元器件完好、裝接無誤，裝后無須調(diào)試即可一舉成功。音樂彩燈控制器是專用于卡拉 ok 廳 ktv 包房的彩燈控制設(shè)備，其最大優(yōu)點(diǎn)是不與電視音響等設(shè)備有任何連接，本設(shè)備通過檢測(cè)包房里的環(huán)境音頻信號(hào)強(qiáng)弱來控制通過彩燈的電流大小（即亮暗程度）來烘托娛樂的興趣的目的，也就是隨著聲音的大小而使彩燈閃爍，歌聲和彩燈

6、一起跳動(dòng)，從而讓唱歌人激情高漲，留連忘返。本課題研究的是四花樣彩燈控制器，應(yīng)用的是數(shù)字邏輯電路的有關(guān)知識(shí)，是進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)進(jìn)行復(fù)雜彩燈設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義第一章第一章 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求1.11.1 設(shè)計(jì)課題及要求設(shè)計(jì)課題及要求（一） 題目：題目：四花樣彩燈控制器（二） 基本要求基本要求：設(shè)計(jì)一四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器，要求實(shí)現(xiàn)(1) 彩燈一亮一滅,從左向右移動(dòng)；(2) 彩燈兩亮兩滅，從左向右移動(dòng)；(3) 四亮四滅，從左向右移動(dòng)；(4) 從 18 從左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅； (5) 四種花樣自動(dòng)變換。（三） 主要參考元器主要參考元器：ne555 定時(shí)器，模十六計(jì)數(shù)器 74ls161，

7、雙 d 觸發(fā)器 74ls74，與門74ls08，非門 74ls04，四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153，八位移位寄存器74ls164。 第二章 工作原理及系統(tǒng)組成工作原理分析：從多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器；另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動(dòng)的速度，得到不同的動(dòng)態(tài)效果。多諧振蕩器、雙 d 觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器共同組成一個(gè)電子開關(guān)。多諧振蕩器輸出的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)雙 d 觸發(fā)器兩位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在它的兩個(gè)輸出端得到00、01、10、11 四種邏輯狀態(tài)。這四個(gè)狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個(gè)數(shù)據(jù)通道選擇信號(hào)，對(duì)應(yīng)從模十六計(jì)

8、數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)選擇器的 qa，qb，qc，qd 四個(gè)分頻信號(hào)。其作用相當(dāng)于一個(gè)受控的一刀四位的機(jī)械轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)雙 d 觸發(fā)器輸出為“00”時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出 10000000 序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣一；為“10” 時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出 11000000 序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣二；為“01” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出 11110000 序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣三；為“11” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出 1111111100000000 序列脈沖，為十六分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣四。調(diào)節(jié)開關(guān)電路的 cp 脈沖產(chǎn)生電路的電阻，可以改變開關(guān)的切換時(shí)間用以選擇每種花樣出現(xiàn)時(shí)間的長(zhǎng)短。數(shù)據(jù)選擇器的輸出端接

9、移位寄存器的輸入端，在時(shí)鐘脈沖的作用下，數(shù)據(jù)在移位寄存器的八位并行輸出端從 q0 到 q7 順序移動(dòng)。移動(dòng)的八位控制信號(hào)直接控制發(fā)光二極管的亮滅，就出現(xiàn)了八路四花樣自動(dòng)循環(huán)切換的流水彩燈四花樣彩燈設(shè)計(jì)可先對(duì)幾個(gè)獨(dú)立的功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，每一個(gè)模塊完成特定的功能,再把它們有機(jī)的組織起來構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)完成彩燈控制器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)可由四個(gè)模塊組成，它們分別是：時(shí)鐘電路、四種碼產(chǎn)生電路、自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路、數(shù)據(jù)輸出，設(shè)計(jì)框圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 系統(tǒng)組成框圖各模塊的組成及功能分析：1.時(shí)鐘電路：由兩個(gè) 555 和電阻電容組成，構(gòu)成兩個(gè)多諧振蕩器，一個(gè)周期為0721 秒，控制計(jì)數(shù)器和寄存器，另一個(gè)周期

10、為 14.01 秒，控制雙 d 觸發(fā)器。2.四種碼產(chǎn)生電路:由模十六計(jì)數(shù)器 74ls161、與門 74ls08 和非門 74ls04 組成，計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端接組合邏輯門從而產(chǎn)生四種碼。3.自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路：由雙 d 觸發(fā)器 74ls74 和四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 組成，雙 d 的兩輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端，它能產(chǎn)生兩位循環(huán)二進(jìn)制碼，每改變一種狀態(tài)，數(shù)據(jù)選擇器選擇一種碼輸出，使彩燈花樣自動(dòng)循環(huán)。4.數(shù)據(jù)輸出電路：由八位移位寄存器 74ls164 和八個(gè)彩燈組成，選擇輸出的每一種碼輸入到寄存器的數(shù)據(jù)輸入端，使碼在寄存器的八個(gè)輸出端自左向右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)彩燈的花樣。時(shí)鐘電路輸出電路時(shí)鐘

11、電路控制電路四種碼產(chǎn)生電路第三章 電路方案選擇循環(huán)彩燈電路設(shè)計(jì)方案有多種，這里考慮了以下兩種方案：方案 1用多諧振蕩器的輸出端作為雙 d 觸發(fā)器的時(shí)鐘。計(jì)數(shù)器每計(jì)八個(gè)數(shù)，qd由低電平變?yōu)楦唠娖?，雙 d 觸發(fā)器的狀態(tài)改變，四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 選擇下一種碼輸出，彩燈變?yōu)榱硪环N花樣，以后四種花樣循環(huán)改變。如圖 3-2 所示。圖 3-1 比較方案 1 電路圖優(yōu)點(diǎn):本電路圖設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)清晰，可分為四種碼產(chǎn)生電路、開關(guān)電路、輸出電路和時(shí)鐘電路這四個(gè)模塊。四種碼產(chǎn)生電路由模十六計(jì)數(shù)器和組合邏輯門構(gòu)成，開關(guān)電路由雙 d 觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，輸出電路由移位寄存器和彩燈構(gòu)成，時(shí)鐘電路由兩個(gè) 5

12、55 構(gòu)成。通過改變多諧振蕩器的電阻可改變彩燈流動(dòng)的速度和各花樣持續(xù)的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了彩燈花樣的動(dòng)態(tài)變化，增強(qiáng)了控制器的靈活性。缺點(diǎn)：原因可能是數(shù)據(jù)選擇器輸出的兩種碼之間的間隔大于彩燈每一種狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間，使彩燈的一種花樣完成后并沒有進(jìn)入另一種狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入另一種狀態(tài)時(shí)上一種狀態(tài)的多余碼進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，故出現(xiàn)了混亂的狀態(tài)，可改變雙 d 觸發(fā)器的 cp 脈沖，即改變多諧振蕩器的電阻，使得一種花樣完成后，數(shù)據(jù)選擇器地址輸入端狀態(tài)改變，正好選擇另一組碼輸出，彩燈花樣改變。方案 2利用數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)。用模十六計(jì)數(shù)器 74ls161 的輸出端的最高位 qd作為雙 d 觸發(fā)器的時(shí)鐘，可以少用一個(gè) 555 定時(shí)器。

13、計(jì)數(shù)器每計(jì)八個(gè)數(shù)，qd由低電平變?yōu)楦唠娖剑p d 觸發(fā)器的狀態(tài)改變，四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 選擇下一種碼輸出，彩燈變?yōu)榱硪环N花樣，以后四種花樣循環(huán)改變。如圖 3-1 所示。圖u1a74ls04d21u1b74ls04d43u1c74ls04d65u1d74ls04d89u2b74ls08d456u2c74ls08d9108u42y92c0102c1112c2122c313a14b21g11y71c061c151c241c332g1574ls153du6qa3qb4qc5qd6a1b2clr9clk8qe10qf11qg12qh1374ls164dqa14qb13qc12qd11rco

14、15a3b4c5d6enp7ent10load9clr1clk2u374ls161du7a1d21q51q61clr131pr474ls74du7b2d122q92q82clr13112pr1074ls74d3-2 比較方案 2 電路圖方案 2 的優(yōu)點(diǎn)是省了一個(gè) 555 脈沖產(chǎn)生電路，使電路更清晰，增強(qiáng)了電路的可靠性；缺點(diǎn)是如果按此方案連接電路，彩燈無法完成第四種花樣（依次點(diǎn)亮，依次熄滅） ，只能完成一半，依次點(diǎn)亮或依次熄滅，部分實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，所以不采用。所以選擇第一種方案。第四章 單元電路設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路由 ne555 定時(shí)器、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容構(gòu)成。55

15、5 定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，由于使用靈活、方便，所以 555 定時(shí)器再波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等多種領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路主要由 555 定時(shí)器芯片來實(shí)現(xiàn)，555 芯片管腳圖如圖 4-1 所示。圖 4-1 ne555 定時(shí)器555 定時(shí)器內(nèi)部機(jī)構(gòu)如圖 4.1 所示，它主要有以下部分組成：(1)電阻分壓器。由 3 個(gè) 5 k 的電阻組成。(2)電壓比較器。由 c1 和 c2 組成，當(dāng)控制輸入端懸空時(shí)，c1 和 c2 的基準(zhǔn)電壓分別是 2/3vcc 和 1/3vcc。(3)基本 rs 觸發(fā)器。由兩個(gè)與非

16、門 g1 和 g2 構(gòu)成，對(duì)兩個(gè)比較器輸出的電壓進(jìn)行控制。(4)放電三極管 vt。vt 是集成極開路的三極管，vt 的集成極作為定時(shí)器的引出端d。(5)緩沖器。由 g3 和 g4 構(gòu)成，以提高電路的負(fù)載能力。引腳功能:1 腳位接地端；2 腳是低電平觸發(fā)端入端；3 腳是輸出端；4 腳是復(fù)位端；5 腳是電壓控制端；6 腳是高電平觸發(fā)端入端；7 腳是放電端；8 腳是電源端。時(shí)鐘電路圖如圖 4-2 所示。圖 4-2 時(shí)鐘電路用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖,其周期為:t=0.7(r1+2r2)c (4-1)要用兩個(gè) 555 產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘脈沖,兩個(gè)時(shí)鐘電路是相同的。一

17、個(gè)控制 74ls161 模十六計(jì)數(shù)器和八位移位寄存器,要能看到彩燈的流動(dòng),其周期設(shè)為 1 秒左右, 電阻值和電容值可設(shè)為：r1=1k r2=51k c=0.01f由公式（4-1）計(jì)算得：t=0.721s時(shí)鐘電路的輸出一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器 74ls161；另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器 74ls164。另一個(gè) 555 產(chǎn)生的矩形脈沖控制彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,其周期設(shè)為模十六計(jì)數(shù)器的 20倍,改變 r1、r2 的阻值即可，可設(shè)為：r1=1k r2=1m c=0.01f由公式（4-1）計(jì)算得：t=14.42su11dis7out3rst48thr6con5tri2gndvcc555_vi

18、rtualr11kohmr251kohmc10.01ufc210uf5vvcc工作原理:多諧振蕩器的輸出波形圖，如圖 4-3 所示。圖 4-3 多諧振蕩器的輸出波形接通電源后，vcc 經(jīng) r1，r2 給電容 c 充電。由于電容上電壓不能突變，電源剛接通時(shí) vc=0，當(dāng) vc 上升到大于 vcc3 時(shí)，rd=1，sd=1，基本 rs 觸發(fā)器狀況不變，即輸出端 q 仍為高電平，當(dāng) vc 上升到略大于 2vcc3 時(shí)，rn=0，sd=1，基本 rs 觸發(fā)器置 0，輸出端 q 為低電平。這時(shí) q=1，使內(nèi)部放電管飽合導(dǎo)通。于是電容 c 經(jīng)r2 和內(nèi)部放電管放電，uc 按指數(shù)規(guī)律減小。 當(dāng) vc 下降略

19、小于 vcc3 時(shí)，內(nèi)部比較器 a1 輸出高電平，a2 輸出低電平，基本rs 觸發(fā)器置 1，輸出高電平。這時(shí)，q=0，內(nèi)部放電管截止。于是 c 結(jié)束放電并重新開始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列矩形脈沖。4.2 四種碼產(chǎn)生電路四種碼產(chǎn)生電路的核心器件是 74ls161 構(gòu)成十六位計(jì)數(shù)器，模十六計(jì)數(shù)器74ls161 芯片管腳圖如圖 4-4 所示。圖 4-4 74ls161 管腳圖74ls161 具有以下功能：(1)異步清零。當(dāng)0，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，不論有無時(shí)鐘 cp，計(jì)數(shù)器rd輸出將直接置零(qdqcqbqa)=0000，稱為異步清零。(2)同步并行預(yù)置數(shù)。當(dāng)=1，=0 時(shí)，再輸入

20、脈沖 cp 上升沿的作用下，并行輸rdld入端的數(shù)據(jù) dcba 被置入計(jì)數(shù)器的輸出端，即(qdqcqbqa)= dcba。由于這個(gè)操作要與cp 上升沿同步，所以稱為同步預(yù)置數(shù)。(3)保持。當(dāng)=1，且 ep*et=0，則計(jì)數(shù)器保持原狀態(tài)不變。這時(shí)，如rdldep0、et=0，則進(jìn)位信號(hào) oc(oc= qdqcqbqaet)保持不變；如 et=0 則不管 ep 狀態(tài)如何，進(jìn)位信號(hào) oc=0。(4)計(jì)數(shù)。當(dāng)=ep=et=1 時(shí)，在 cp 端輸入計(jì)數(shù)脈沖作用下，計(jì)數(shù)器進(jìn)行二進(jìn)rdld制加法器計(jì)數(shù)。74ls08 是 2 輸入四正與門集成電路芯片,74ls04 是帶有 4 個(gè)非門的芯片。四種碼產(chǎn)生電路如圖

21、 4-5 所示。圖 4-5 四種碼產(chǎn)生電路四種碼產(chǎn)生電路根據(jù)彩燈要實(shí)現(xiàn)的四花樣,得到四種碼產(chǎn)生電路要產(chǎn)生的碼，如表 4-1 所示。表 4-1 四種碼要產(chǎn)生這四種碼，可由十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74ls161 接組合邏輯門產(chǎn)生，十六進(jìn)制計(jì)器的真值表如表 4-2 所示?；訝顟B(tài)要求周期（位）碼1一亮一滅，從左向右移動(dòng)8100000002兩亮兩滅，從左向右移動(dòng)8110000003四亮四滅，從左向右移動(dòng)8111100004從 18 從 00 左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅 161111111100000000 表 4-2 計(jì)數(shù)器真值表工作原理：四種碼產(chǎn)生電路由 74ls161 構(gòu)成十六位計(jì)數(shù)器。74ls08 是

22、 2 輸入四輸出序號(hào)原狀態(tài)s(t)q4 q3 q2 q1次態(tài)n(t)q4 q3 q2 q1z1z2z3z401234567891011121314150 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 00

23、000000100000001100000011000000111100001111000011111111000000001正與門集成電路芯片,74ls04 是帶有 4 個(gè)非門的芯片，用來控制和改變 74ls161 輸出的數(shù)據(jù)，使計(jì)數(shù)器迅速?gòu)?fù)位。最終產(chǎn)生四種不同的碼，來實(shí)現(xiàn)彩燈的四花樣。數(shù)據(jù)從 74ls161 十六位計(jì)數(shù)器的輸出端 qa，qb，qc，qd 輸出，經(jīng)過與門和非門用來控制和改變 74ls161 輸出的數(shù)據(jù)，最終輸入到四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 的數(shù)據(jù)輸入端 1c0，1c1，1c2，1c3。4.3 彩燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路彩燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路由雙 d 觸發(fā)器和雙四選一數(shù)據(jù)選擇器

24、74ls153，雙四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 芯片管腳圖如圖 4-6 所示。圖 4-6 74ls153 管腳圖要實(shí)現(xiàn)彩燈四花樣的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，就要使四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 循環(huán)地輸出z1、z2、z3、z4，也就要使它的地址輸入端輸入四種狀態(tài)并循環(huán)轉(zhuǎn)變，可用雙 d 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。設(shè)雙 d 觸發(fā)器的初始狀態(tài) q1q2 =00 可得，q1、q2 的狀態(tài)變換順序?yàn)?0001111000，實(shí)現(xiàn)四分頻。用雙 d 觸發(fā)器的輸出端 q1、q2 控制選擇器的地址輸入端，使數(shù)據(jù)選擇器自動(dòng)選擇一種碼輸出，實(shí)現(xiàn)彩燈花樣的自動(dòng)控制。自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路如圖 4-7 所示。圖 4-7 自動(dòng)控制電路q1q2=ab，7

25、4ls153 數(shù)據(jù)選擇器的功能表如表 4-3 所示。表 4-3 數(shù)據(jù)選擇器功能表工作原理：數(shù)據(jù)從多諧振蕩器的輸出端輸出，輸入到雙 d 觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，然后從雙 d觸發(fā)器的輸出端，輸出到雙四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 的地址輸入端。由表 4-3 可知，a、b 循環(huán)轉(zhuǎn)變，輸 1y 循環(huán)選擇四種碼 z1、z2、z3、z4 輸出，使彩燈的四花樣自動(dòng)循環(huán)改變。4.4 花樣輸出電路設(shè)計(jì)花樣輸出電路由由八位移位寄存器 74ls164、八個(gè)彩燈和八個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻構(gòu)成。b（q2）a（q1）1y0101000110z1z2z3z4z1位移位寄存器 74ls164 芯片管腳圖如圖 4-8 所示。圖 4-8

26、74ls164 管腳圖當(dāng)清除端（clear）為低電平時(shí)，輸出端（qa-qh）均為低電平，串行數(shù)據(jù)輸出端(a，b)可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) a,b 任意一個(gè)為低電平時(shí)，則禁止新的數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（clear）脈沖作用下為低電平，當(dāng) a、b 有一個(gè)為高電平時(shí)則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 celar 上升沿作用下決定 qa 的狀態(tài)。74ls164 的引腳功能：cloc：時(shí)鐘輸入端；celar：清除端（低電平有效） ；a、b：行數(shù)據(jù)輸入端；qaqh：輸出端花樣輸出電路如圖 4-9 所示。圖 4-9 花樣輸出電路當(dāng)輸入移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端的碼為 10000000 時(shí)，清零后在移位脈沖 cp 的作用下，寄存器數(shù)碼

27、移動(dòng)情況如表 4-4 所示。表 4-4 寄存器數(shù)碼移動(dòng)情況表cpmrqaqbqcqdqeqfqgqh111000000 02001000000300010000 0400 00100005000001000600000010070000000108000000001工作原理輸出電路由八位移位寄存器 74ls164、八個(gè)彩燈和八個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻構(gòu)成。寄存器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關(guān)電路輸出的四種碼，這四種碼在移位寄存器的八位并行輸出端從 qa 向 qh 移動(dòng)，輸出四種彩燈花樣。由表 4-4 可看出，輸入碼中的那位高電平“1”從寄存器的輸出端 qa 經(jīng)八個(gè)移位脈沖 cp 作用后逐漸到了 qh，使輸出端所連接的

28、彩燈依次點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)了彩燈依次點(diǎn)亮的花樣。當(dāng)輸入另外的三種碼時(shí)，寄存器的數(shù)碼移動(dòng)原理相似，所以就不累贅了。第五章 整機(jī)電路設(shè)計(jì)根據(jù)單元電路可得到整機(jī)工作原理圖，如圖 5-1。圖 5-1 四花樣彩燈循環(huán)的整機(jī)電路圖u1a74ls04d21u1b74ls04d43u1c74ls04d65u1d74ls04d89u2b74ls08d456u2c74ls08d9108u42y92c0102c1112c2122c313a14b21g11y71c061c151c241c332g1574ls153du5a1d21q51q61clr131pr474ls74du5b2d122q92q82clr13112pr107

29、4ls74du6qa3qb4qc5qd6a1b2clr9clk8qe10qf11qg12qh1374ls164dled1r10.51kohmr20.51kohmr30.51kohmr40.51kohmr50.51kohmr60.51kohmr70.51kohmr80.51kohmled5led2led3led4led6led7led85vvccqa14qb13qc12qd11rco15a3b4c5d6enp7ent10load9clr1clk2u374ls161du71dis7out3rst48thr6con5tri2gndvcclm555cnr91kohmr1051kohmc110ufc30

30、.01ufu81dis7out3rst48thr6con5tri2gndvcclm555cnr111kohmr121mohmc210ufc40.01uf整機(jī)電路工作原理：由兩個(gè)多諧振蕩器輸出脈沖信號(hào)，從一個(gè)多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖 cp 端；數(shù)據(jù)從 74ls161 十六位計(jì)數(shù)器的輸出端 qa，qb，qc，qd 輸出，經(jīng)過與門和非門用來控制和改變 74ls161 輸出的數(shù)據(jù)，最終輸入到四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 的數(shù)據(jù)輸入端 1c0，1c1，1c2，1c3。另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入端。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以

31、改變震蕩頻率，即改變彩燈移動(dòng)的速度，得到不同的動(dòng)態(tài)效果。從另一個(gè)多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)，輸出到雙 d 觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，由雙 d 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)四分頻，用雙 d 觸發(fā)器的輸出端 q1、q2 控制選擇器的地址輸入端，使數(shù)據(jù)選擇器自動(dòng)選擇一種碼輸出，實(shí)現(xiàn)彩燈花樣的自動(dòng)控制。然后，從輸出端輸出到四選一選擇器的輸入端 a，b。最終，從四選一選擇器的輸出端輸出到八位寄存器的輸入端，寄存器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關(guān)電路輸出的四種碼，這四種碼在移位寄存器的八位并行輸出端從 qa向 qh 移動(dòng)，輸出四種彩燈花樣。第六章 電路仿真6.1 軟件介紹proteus 軟件是英國(guó) labcenter electronic

32、s 公司出版的 eda 工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司） 。它不僅具有其它 eda 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。proteus 是世界上著名的 eda 工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 pcb 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、hc11、pic10

33、/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086 和 msp430 等，2010 年即將增加 cortex 和 dsp 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 iar、keil 和 mplab 等多種編譯器。6.2 仿真電路本設(shè)計(jì)采用 proteus 仿真軟件對(duì)硬件部分進(jìn)行仿真。仿真電路圖如圖 6-1 所示。圖 6-1 仿真電路圖(1)當(dāng) u3a 和 u3b 為低電平時(shí)，1 個(gè)彩燈亮。如圖 6-2 所示。圖 6-2 仿真電路圖(2)當(dāng) u3a 為高電平，u3b 為低電平時(shí)，2 個(gè)彩燈亮。如圖 6-3 所示。圖 6-3 仿真電路圖(3)當(dāng) u3a

34、為低電平，u3b 為高電平時(shí)，4 個(gè)彩燈亮。如圖 6-4 所示。圖 6-4 仿真電路圖(4)當(dāng) u3a 和 u3b 為高電平時(shí)，8 個(gè)彩燈全亮。如圖 6-5 所示。圖 6-5 仿真電路圖第七章第七章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析7.17.1 結(jié)果的調(diào)試及分析結(jié)果的調(diào)試及分析1.1.調(diào)試使用的主要儀器調(diào)試使用的主要儀器: : 數(shù)字萬用表 直流穩(wěn)壓電源 示波器 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器2.2.測(cè)試電路的方法和技巧測(cè)試電路的方法和技巧: :先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據(jù)彩燈的變化情況，確定可能的原因，分析是哪個(gè)功能模塊出了問題，用數(shù)字萬用表檢查

35、各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)誤，直到符合要求為止。3.3.調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：（1 1）彩燈只有一種花樣變化，沒有其它的花樣：）彩燈只有一種花樣變化，沒有其它的花樣：原因可能是雙 d 觸發(fā)器 74ls74 不能產(chǎn)生周期性的兩位二進(jìn)制碼或是 555 不能產(chǎn)生觸發(fā)雙 d 觸發(fā)器的 cp 脈沖，使雙 d 觸發(fā)器維持在一種狀態(tài)?？蓳Q一片好的74ls74 芯片或檢查 555cp 脈沖產(chǎn)生電路，看是否產(chǎn)生周期性的 cp 脈沖，使雙 d 觸發(fā)器產(chǎn)生四種循環(huán)的狀態(tài)，彩燈就能四花樣變化。（2 2）彩燈無規(guī)律變化：）彩燈無規(guī)律變化：原因可能是四種碼的產(chǎn)生電路不能產(chǎn)生符

36、合要求的四種碼，檢查模十六計(jì)數(shù)器的 cp 脈沖是否穩(wěn)定，看 74ls161 是否能計(jì)數(shù)，即 qa、qb、qc、qd是否周期性的高低電平變化，前面沒問題，再檢查與門 74ls08 和非門 74ls04 是否能實(shí)現(xiàn)它們邏輯功能。（3 3）彩燈的四種花樣都有，但中間有一些混亂的狀態(tài)）彩燈的四種花樣都有，但中間有一些混亂的狀態(tài)：原因可能是數(shù)據(jù)選擇器輸出的兩種碼之間的間隔大于彩燈每一種狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間，使彩燈的一種花樣完成后并沒有進(jìn)入另一種狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入另一種狀態(tài)時(shí)上一種狀態(tài)的多余碼進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，故出現(xiàn)了混亂的狀態(tài)?？筛淖冸p d 觸發(fā)器的 cp 脈沖，即改變多諧振蕩器的電阻，使得一種花樣完成后，數(shù)據(jù)選擇器

37、地址輸入端狀態(tài)改變，正好選擇另一組碼輸出，彩燈花樣改變。結(jié) 論本次所設(shè)計(jì)的是四花樣循環(huán)彩燈電路的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要結(jié)合了大二所學(xué)的低頻電子線路及脈沖與數(shù)字電路課程。本文是在彭嵩老師和張琦老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。老師們以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識(shí)、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。還要感謝其他同學(xué)對(duì)我的無私幫助，使我得以順利完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此次課程設(shè)計(jì)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和完整的設(shè)計(jì)思維和方法。設(shè)計(jì)電路關(guān)鍵在于對(duì)設(shè)計(jì)要求的理解分析以及對(duì)基本電路相關(guān)知識(shí)的熟練掌握。設(shè)計(jì)電路時(shí)，將總體的功能分成若干個(gè)

38、部分來實(shí)現(xiàn)，是簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)思路的很好方法；且搞清各個(gè)模塊的功能與實(shí)現(xiàn)要求操作的具體方法，對(duì)電路故障的檢查也是很有幫助。通過這次設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多東西，如查找資料，設(shè)計(jì)比較，從各種圖中提取所需。也吸取了很多教訓(xùn)。真正提高了動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)獲取資料，活躍了自己的思維，鞏固了所學(xué)知識(shí)。花樣彩燈控制器的設(shè)計(jì)是對(duì)數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)知識(shí)的實(shí)踐運(yùn)用，加深了對(duì)知識(shí)的理解。對(duì)我們而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！設(shè)計(jì)報(bào)告是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，與實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的能力，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力、抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的目的所在最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的