简易彩灯控制器报告Word文档格式.docx
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彩灯控制器实现方法多种多样，本次设计的这台彩灯控制器主要功能有：
（1）可以控制8路彩灯；
（2）可以实现四种花型循环，并且每种花型连续循环两次；
（4）移动速度可调节。
该设计简单、结构清晰，可分为四种码产生电路、开关电路、输出电路和时钟电路这四个模块。
四种码产生电路由模十六计数器构成，开关电路由双D触发器和数据选择器构成，输出电路由移位寄存器和彩灯构成，时钟电路由两个555构成。
通过改变多谐振荡器的电阻可改变彩灯流动的速度和各花样持续的时间，实现了彩灯花样的动态变化，增强了控制器的灵活性。
关键词：
移位寄存器；
集成电路；
脉冲计数器；
触发器。
第一章系统组成及工作原理
第一节.系统组成框图
系统可由四个模块组成，它们分别是：
四种码产生电路、开关电路、数据输出、时钟电路。
设计框图如图2.1所示：
由两个555构成两个时钟电路，由模十六分频计数器构成四种码产生电路，由双D触发器、延时器和数据选择器构成开关电路，由移位寄存器和八个彩灯构成输出电路，一个时钟控制模十六分频计数器和移位寄存器，另一个时钟控制双D触发器。
第二节.工作原理分析
多谐振荡器、双D触发器、数据选择器和延时器共同组成一个电子开关。
多谐振荡器输出的计数脉冲一路直接经双D触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑状态，另一路经过延时器，再输入到双D触发器两位二进制计数器，同样在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑状态。
这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，对应从模十六计数器输送到数据选择器的QA，QB，QC，QD四个分频信号。
其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。
因延时器的作用，IC4B的四种逻辑状态信号在IC4同一花型输出完后输出，从而实现每种花型连续循环两次，当双D触发器输出为“00”时，数据选择器输出10101010序列脉冲，为二分频信号，实现花样一；
为“01”时，数据选择器输出11001100序列脉冲，为四分频信号，实现花样二；
为“10”时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；
为“11”时数据选择器输出1111111100000000序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。
调节开关电路的CP脉冲产生电路的电阻，可以改变开关的切换时间用以选择每种花样出现时间的长短。
数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从Q0到Q7顺序移动。
移动的八位控制信号直接控制发光二极管的亮灭，就出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。
第二章电路方案设计
第一节.电路图设计
将各单元电路组织起来就得到了系统电路图，如附录2所示：
本电路图设计简单、结构清晰，可分为四种码产生电路、开关电路、输出电路和时钟电路这四个模块。
第三章单元电路设计
第一节时钟脉冲产生电路
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲。
一个555产生的矩形脉冲控制四种码的产生，另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换。
第二节四种码产生电路
根据彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即四种码产生电路要产生的码，如下:
花样
状态要求
码
1
一亮一灭，从左向右移动
10000000
2
两亮两灭，从左向右移动
11000000
3
四亮四灭，从左向右移动
11110000
4
从1～8从00左到右逐次点亮，然后逐次熄灭
1111111100000000
第三节彩灯开关电路
要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地输出D1、D2、D3、D4。
使双D触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端，双D触发器能产生00、01、10、11这四钟循环的状态，从而使选择器循环的选择一种码输出，实现彩灯的四花样循环。
如图，脉冲经过开关控制电路中的脉冲分配器和延时器后Q0,Q1的输出波形为:
脉冲分配器和延时器的共同作用下，从而实现每种花型连续循环两次。
第四节花样输出电路
输出电路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和双向晶压管、NPN管、驱动电阻构成。
寄存器的数据输入端接收开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从Q0向Q7移动，输出四种彩灯花样。
第五节各芯片功能介绍
模十六计数器74LS93，芯片管脚图如图1所示；
双四选一数据选择器74LS153，芯片管脚图如图2所示；
8位移位寄存器74LS164，芯片管脚图如图3所示；
不可重复触发JI集成单稳态触发器74LS121，芯片管脚图如图4所示；
由555定时器构成的多谐振荡器，如图5所示；
双D触发器芯片管脚图如图6所示；
图3
图4
图2
图1
图6
图5
74LS153功能表如下：
输入
输出
S非
A0
A1
Q
X
D0
D1
D2
D3
74121功能表如下：
A2
B
Q非
74LS164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。
数据通过两个输入端（DSA或DSB）之一串行输入；
任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。
两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。
时钟（CP）每次由低变高时，数据右移一位，输入到Q0，Q0是两个数据输入端（DSA和DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。
主复位（MR）输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。
其功能表如下：
模式
MR
CP
DSA
DSB
Q0
Q1至Q7
复
位
L
L至L
移
H
↑
q0至q6
h
双D触发器74LS74*2功能表如下：
PRE
CLR
D
Qn+1
x
不变
Qn非
第四章总结
此次的课程设计不仅让我加深了对数电知识的理解，更让我看到自我学习的局限性。
虽然课程设计的时间很短，题目也不是很难，但是对于实验室的同学和对于一般的同学明显不一样，这也让我深深地反思了自己到底从老师那里学到了什么。
记得刚开始，我独立地查阅相关书籍，自我思考设计电路原理图，但结果是，废寝忘食也不行。
失败的原因归结于一点是因为自我在设计方面的系统性不强，无法把自己想到的形成系统。
我也学会了一个道理：
一切事物的构成都是有顺序的。
由于时间的原因，我便通过网络找到了已设计好的原理图，但是发现自己掌握的数电知识是那么肤浅。
往往自己在平时的学习中对于芯片的学习并不在乎，对于某些特殊的芯片仍不鞥运用熟练，甚至有些连原理都不熟悉。
当我翻阅自己从图书馆借来的书籍时，真的是犹如大海捞针。
因为当我们找东西时，如果知道它的方向，显得更加省时和轻松，就像有的同学就知道我们的数电实验书也有很多有用的知识点。
因此，我也懂得了充分利用自己身边的资源是不容忽视的。
通过此次课程设计，我也学会了Protel的一些相关知识，如画原理图，画新器件，这些都让我感到了学习知识的乐趣所在。
学习理论知识也许是枯燥的，但实践的变幻多样，真的让我们熟识的东西变得灵活多样。
我想在今后的学习中，不能在停留于浮表，不能在停留由于老师讲的的重点了，要更注重实用知识的学习，也许它的难度不低，但确实社会所需人才所必掌握的知识。
参考文献
《电子技术基础》康华光高教出版社
《ProtelDXP2004入门与提高》刘祖名电子工业出版社
《电子线路设计、实验、测试》罗杰电子工业出版社
《模拟及数字电子技术实验教程》徐国华北京航空航天大学出版社
《数字电子技术与逻辑设计》华容茂中国电力出版社
附录一
元器件清单：
74LS74
2个
NE555
1个
7805
74LS93
74121
74LS194
滑动变阻器
双向晶闸管
8个
S9013型NPN晶体管
LM7805型集成三段稳压器
电源变压器
电容器
7个
IN4001型整流桥堆
D触发器
附录二
系统电路总图
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