移位寄存器型彩灯控制器.docx
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移位寄存器型彩灯控制器
课程设计（综合实验）报告
（20--20年度第学期）
名称：
数字电子技术综合实验
题目：
移位寄存器型彩灯控制器
院系：
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
设计周数：
成绩：
日期:
一、课程设计（综合实验）的目的与要求
1、目的
2、要求
二、设计框图及电路系统概述
1、理论原理框图
2、电路概述
三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算
1、节拍发生器
2、控制信号产生电路
3、花型产生器
4、完整电路图
四、设计、安装及调试中的体会
五、参考文献
附录（设计流程图、程序、表格、数据等）
《电子技术》综合实验
任务书
一、目的与要求
1.目的
1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。
1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。
1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。
1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。
2.要求
2.1能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。
2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。
要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。
2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。
2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。
利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。
2.5学会撰写综合实验总结报告。
2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。
要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。
2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。
二、主要内容
共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。
1.移位寄存器型彩灯控制器
2.智力竞赛抢答器
3.电子拔河游戏机
4.交通信号灯控制器
5.数字电子钟
6.电子密码锁
7.电子秒表
8.数字电子钟（硬件）
进度计划
序号
设计（实验）内容
完成时间
备注
1
设计内容讲解、学习资料查找方法
半天
2
发放材料、清点材料、熟悉各种元器件
半天
3
查找资料、设计电路、绘制总体电路草图
1天
4
电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试
2天
5
验收、撰写实验报告
1天
四、设计（实验）成果要求
1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定
总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。
2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。
3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。
五、考核方式
综合以下指标评定课程设计总成绩：
优、良、中、及格和不及格。
1.设计方案的正确性与合理性；
2.实验动手能力（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等）；
3.总结报告；
4.答辩情况（课题的论述和回答问题的情况）；
5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。
学生姓名:
指导教师:
年月曰
一、课程设计（综合实验）的目的与要求
1.目的：
1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。
1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。
1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。
1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。
2.要求：
2.1采用移位寄存器设计一个彩灯控制器。
2.2要求三种变换花型
以某种节拍按一定规律改变彩灯的输入电平值，控制彩灯的亮与灭，按预定规律显示一定的花型。
花型1：
8路彩灯从左至右顺次渐亮，全亮后逆序渐灭；循环两次。
花型2：
8路彩灯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：
8路彩灯分两半，从左至右顺次渐亮，全亮后则灭，循环三次。
花型真值表如下：
节拍顺序
编码QAQBQCQDQEQFQGQH
花型1（左t右）
花型2
花型3（左t右）
0
00000000
00000000
00000000
1
10000000
00011000
10001000
2
11000000
00111100
11001100
3
11100000
01111110
11101110
4
11110000
11111111
11111111
5
11111000
11100111
6
11111100
11000011
7
11111110
10000001
8
11111111
9
11111110
10
11111100
11
11111000
12
11110000
13
11100000
14
11000000
15
10000000
二、设计框图及电路系统概述
1.理论原理框图
彩灯控制器以某种节拍按一定规律改变彩灯的输入电平值，控制彩灯的亮与暗，按预定规律显示一定
的花型。
因此彩灯控制器需要一个能按一定规律输出不同高低电平编码信号的编码发生器，同是还需要编
码发生器所要求的时序信号和控制信号。
彩灯控制器的原理框图如图所示。
定时器
—►
控制电路
—►
编码发生器
—►
彩灯
2.电路概述
通过两个16进制计时器级联组成一个产生128个节拍的节拍控制电路，再根据逻辑关系并连接合适
的门电路与移位寄存器相连形成控制电路，移位寄存器的输出端与彩灯相连产生相应花型，用单刀双掷开关构成清零系统，设计框图如下图。
三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算
1•节拍发生器
根据题意，三种花型循环一次需要63个节拍，再加上最后总清零的节拍一共是64个节拍，所以快慢
两种频率各64拍，一共需要128节拍。
根据计数器的分频特性，采用2个16进制的计数器级联，各个端口分别为2分频，4分频，8分频,
16分频，32分频，64分频，128分频，最后一个端口用作清零信号。
分频部分：
128分频信号用作控制快慢节拍的信号，初始时，74LS161（U2）的QC端为低电平，经反
相器为高电平，通过逻辑电路可使低频脉冲作用于计数器，64拍后QC变为高电平，此时高频脉冲信号作
用于计数器。
清零部分：
清零分两部分，第一部分：
开关控制的清零，开关接地时清零；第二部分：
最后一个端口即256分频信号控制的清零，每次大循环完毕清零一次。
电路图如下：
・:
vcc:
:
:
LU：
U1DA
U4B
F4LSM0'1
D>
■74LS04D-
:
:
2•控制信号产生电路
以慢节拍为例，1~32节拍显示花型1,其中1~8节拍移位寄存器左移8位，9~16节拍移位寄存器右移
8位，17~32节拍重复1~16节拍内容。
33~48节拍显示花型2,其中33~40节拍移位寄存器1左移，移位寄存器2右移，41~48节拍重复33~40节拍内容。
49~63节拍显示花型3,其中49~53节拍2个移位寄存器左移，54~58、59~63节拍重复49~53节拍内容。
64节拍总清零
74LS194的功能表
CT
S1
SO
CP
功能
0
X
X
X
异步清0
i
0
0
保持
i
0
1
右移
i
1
0
左移
i
1
1
f
预置
要实现上述花型显示，关键是移位寄存器的功能控制端SO、S1和左移SL、右移SR的信号
电平如何组织。
通过上面有关控制器部分的论述，将6位二进制数的输出变量QOQ1、Q2、Q3Q4、Q5作
为组合逻辑电路的输入，而寄存器的SO、S1、SL、SR作为组合逻辑电路的输出，这样就实现了控制器对
移位寄存器的控制。
下表为控制器的慢节拍或快节拍的64个状态与74LS194的控制信号的对应关系：
控制器的状态与74LS194芯片的控制信号对应关系
节拍
（Q5Q4Q3Q2QlQ0）n
移位寄存器
74LS194
（1）
移位寄存器
74LS194
（2）
片1控制移动的信号
片2控制移动的信号
1~4
000000~000011
左移，
左移，
S1
（1）=1
S0
（1）=0
S1
（2）=1
S0
（2）=0
5~8
000100~000111
左移，
左移，
S1
（1）=1
S0
（1）=0
S1
（2）=1
S0
（2）=0
9~12
001000~001011
右移，
右移，
S1
（1）=0
S0
（1）=1
S1
（2）=0
S0
（2）=1
13~16
001100~001111
右移，
右移，
S1
（1）=0
S0
（1）=1
S1
（2）=0
S0
（2）=1
17~20
010000~010011
左移，
左移，
S1
（1）=1
S0
（1）=0
S1
（2）=1
S0
（2）=0
21~24
010100~010111
左移，
左移，
S1
（1）=1
S0
（1）=0
S1
（2）=1
S0
（2）=0
25~28
011000~011011
右移，
右移，
S1
（1）=0
S0
（1）=1
S1
（2）=0
S0
（2）=1
29~32
011100~011111
右移，
右移，
S1
（1）=0
S0
（1）=1
S1
（2）=0
S0
（2）=1
33~36
100000~100011
右移，
左移，
S1
（1）=0
S0
（1）=1
S1
（2）=1
S0
（2）=0
37~40
100100~100111
右移，
左移，
S1
（1）=0
S0
（1）=1
S1
（2）=1
S0
（2）=0
41~44
101000~101011
右移，
左移，
S1
（1）=0
S0
（1）=1
S1
（2）=1
S0
（2）=0
45~48
101100~101111
右移，
左移，
S1
（1）=0
S0
（1）=1
S1
（2）=1
S0
（2）=0
49~52
110000~110011
左移，
左移，
S1
（1）=1
S0
（1）=0
S1
（2）=1
S0
（2）=0
53
110100
清零
清零
CR
（1）=0
CR
（2）=0
54~57
110101~111000
左移，
左移，
S1
（1）=1
S0
（1）=0
S1
（2）=1
S0
（2）=0
58
111001
清零
清零
CR
（1）=0
CR
（2）=0
59~62
111010~111101
左移，
左移，
S1
（1）=1
S0
（1）=0
S1
（2）=1
S0
（2）=0
63~64
111110~111111
清零
清零
CR
（1）=0
CR
（2）=0
真值表
节
拍
计数器的状态
控制器的输出信号
Q
Q
Q
Q
Q
Q
S1
（2）
S0
（2）
DSL
（2）
DSR（21S1
（1）
S0
（1）
DSL
（1）
DSR
（1）
数~
5：
4
3
2：
1
0
1
0
1
X
1
0「
0
X
2
0
0
0
0
0
1
1
0
1
X
1
0
0
X
3
0
0
0
0
1
0
1
0
1
X
1
0
0
X
4
0
0
0
0
1
1
1
0
1
X
1
0
0
X
5
0
0
0
1
0
0
1
0
1
X
1
0
1
X
6「
0：
0
0
1:
0
1
1
0
1
X
1
0~
1
X
7
0
0
0
1
1
0
1
0
1
X
1
0
1
X
8
0
0
0
1
1
1
1
0
1
X
1
0
1
X
9
0
0
1
0
0
0
0
1
X
1
0
1
X
0
10
0
0
1
0
0
1
0
1
X
1
0
1
X
0
111
0：
0
1
0：
1
0
0
1
X
1
0
1
X
0T
12
01
0
1
01
1
1
0
1
X
1
0
1
X
0
13
0
0
1
1
0
0
0
1
X
0
0
1
X
0
14
0
0
1
1
0
1
0
1
X
0
0
1
X
0
15:
0
0
1
1
1
0
01
1
X
0
0
1:
X
0
16
0
0
1
1
1
1
0
1
X
0
0
1
X
0
17I
01
1
0
01
0
0
1
0
1
X
1
01
0
X
18
0
1
0
0
0
1
1
0
1
X
1
0
0
X
19
0
1
0
0
1
0
1
0
1
X
1
0
0
X
20:
0:
1
0
0:
1
1
1n
0
1
X
1
0「
0
X
21
0
1
0
1
0
0
1
0
1
X
1
0
1
X
22I
0I
1
0
1I
0
1
1
0
1
X
1
0I
1
X
23
0
1
0
1
1
0
1
0
1
X
1
0
1
X
24
0
1
0
1
1
1
1
0
1
X
1
0
1
X
25
0
1
1
0
0
0
0
1
X
1
0
1
X
0
26
0
1
1
0
0
1
0|
1
X
1
0
1
X
0
27I
0I
1
1
0I
1
0
0
1
X
1
0
1
X
0
28
0
1
1
0
1
1
0
1
X
1
0
1
X
0
29
0
1
1
1
0
0
0
1
X
0
0
1
X
0
30
0
1
1
1
0
1
0
1
X
0
0
1
X
0
31
0
1
1
1
1
0
0
1
X
0
0
1
X
0
32I
0I
1
1
11
1
1
0
1
X
0
0
1
X
0
33
1
0
0
0
0
0
0
1
X
1
1
0
1
X
节拍
计数器的状态
控制器的输出信号
Q
Q
Q
Q
Q
Q
S1
（2）
S0
（2）
DSL
（2）
DSR
（2）
S1
（1）
S0
（1）
DSL（1
DSR（1
站
5：
4
3
2
°：
0
0
1
X
1
p
0
1
X
35
1
0
0
0
1
0
0
1
X
1
1
0
1
X
36
1
0
0
0
1
1
0
1
X
1
1
0
1
X
37
1
0
0
1
0
0
0
1
X
0
1
0
0
X
38
1
0
0
1
0
1
0
1
X
0
1
0
0
X
39
1:
0
0
1
1:
0
0
1
X
0
p
0
0
X
40
1
0
0
1
1
1
0
1
X
0
1
0
0
X
41
1
0
1
0
0
0
0
1
X
1
1
0
1
X
42
1
0
1
0
0
1
0
1
X
1
1
0
1
X
43
1
0
1
0
1
0
0
1
X
1
1
0
1
X
44
1
0
1
0
1
1
0
1
X
1
p
0
1
X
45
1：
0
1
1
0
0
0
1
X
0
1
0
0
X
46
11
0
1
1
0）
1
0
1
X
0
I1
0
0
X
47
1
0
1
1
1
0
0
1
X
0
1
0
0
X
48
1
0
1
1
1
1
0
1
X
0
1
0
0
X
49
1
1
0
0
0
0
1
0
1
X
1
0
1
X
50
1：
1
0
0
0：
1
1
0
1
X
p
0
1
X
51
1
1
0
0
1
0
1
0
1
X
1
0
1
X
52
1
1
0
0
11
1
1
0
1
X
I1
0
1
X
53
1
1
0
1
0
0
1
1
X
X
1
1
X
X
54
1
1
0
1
0
1
1
0
1
X
1
0
1
X
55
1:
1
0
1
1：
0
1:
0
1
X
0
1
X
56
1
1
0
1
1
1
1
0
1
X
1
0
1
X
57
1I
1
1
0
0I
0
1
0
1
X
I1
0
1
X
58
1
1
1
0
0
1
1
1
X
X
1
1
X
X
59
1
1
1
0
1
0
1
0
1
X
1
0
1
X
60
1
1
1
0
1
1
1
0
1
X
1
0
1
X
61
1
1
1
1
0
0
1
0
1
X
1
0
1
X
62
1I
1
1
1
0）
1
1
0
1
X
I1
0
1
X
63
1
1
1
1
1
0
1
1
X
X
1
1
X
X
64
1
1
1
1
1
1
1
1
X
X
1
1
X
X
卡诺图化简S1
（2）
QjQo
Q5Q4
=11
00
01
11
10
Q&
00
1
1
1
1
01
1
1
1
1
11
1
1
1
1
10
1
1
1
1
化简得：
S1
（2）=q5Q3+Q5Q4
卡诺图化简S0
（2）
QjQo
Q5Q4
=11
00
01
11
10
Q&
00
0
0
0
0
01
1
0
0
0
11
0
0
1
1
10
0
1
0
0
化简得：
S0
（2）Q5Q3Q5Q4q3q2q1q0q3q2q1+q5q3q2q1q0
卡诺图化简DSR
（2）
Q5Q4
=00
00
01
11
10
Q血
00
X
X
X
X
01
X
X
X
X
0
0
0
0
io
1
1
1
1
Q5Q4
=01
00
01
11
10
Q&
00
X
X
X
X
01
X
X
X
X
11
0
0
0
0
10
1
1
1
1
Qi.Qo
Q5Q4
=10
00
01
11
10
00
1
1
1
1
01
0
0
0
0
11
0
0
0
0
10
1
1
1
1
Q1Q0
Q5Q4
=11
00
01
11
10
00
X
X
X
X
01
X
X
X
X
11
X
X
X
X
10
X
X
X
X
卡诺图化简s1
（1）
QjQo
Q5Q4
=11
00
01
11
10
Q&
00
1
1
1
1
01
1
1
1
1
11
1
1
1
1
10
1
1
1
1
卡诺图化简So⑴
Q5Q4
=00
00
01
11
10
Q&
00
0
0
0
0
01
0
0
0
0
11
1
1
1
1
10
1
1
1
1
Q5Q4
=01
00
01
11
10
00
0
0
0
0
01
0
0
0
0
11
1
1
1
1
10
1
1
1
1
Q1.Q0
Q5Q4
=10
00
01
11
10
00
0
0
0
0
01
0
0
0
0
11
0
0
0
0
10
0
0
0
0
QjQo
升级会员 