流水灯课程设计报告

摘要

流水彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。本次设计的流水彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。

本次课程设计要设计一个流水彩灯控制器（用8只发光二极管显示，至少三种工作方式）。首先要分析设计要求，从要实现至少三种工作方式入手推导出要使用的芯片。可通过八位右移寄存器74LS164实现八个彩灯的向右移动，从它的右移输入端控制来实现它的流水彩灯的变化。要控制流水彩灯的变化，可通过一个八位拨码开关，八选一数据选择器74LS151，模十六加法计数器74LS161来实现。时钟信号由一个555产生，产生周期可由一个滑动变阻器控制。而彩灯的变化可由拨码开关自行选择。

经实验验证，所设计的流水彩灯控制器能完成题目要求。

关键词 : 时钟脉冲；分频；移位寄存器；数据选择器；拨码开关；

目录

摘要 (1)

1设计课题与要求 (3)

1.1设计方案选择 (3)

2 系统模块组成 (4)

2.1系统组成框图 (4)

2.2各模块的组成与功能分析 (4)

3 单元电路设计与计算 (5)

3.1时钟脉冲产生电路 (5)

3.2单种码产生电路 (7)

3.3拨码开关控制电路 (8)

3.4输出电路设计 (10)

4 整机电路设计 (12)

4.1整机电路工作原理 (10)

5 组装调试 (13)

5.1仿真过程 (15)

6 总结 (15)

结论 (16)

参考文献 (16)

附录1 流水彩灯控制器原理总图 (17)

附录2 PCB总图 (17)

附录 2 元器清单 (18)

1 设计课题及要求

（一）题目：流水彩灯控制器

（二）基本要求：1、用8只发光二极管显示。2、至少三种工作方式。

1.1 方案选择

利用数字芯片实现。用555做时钟信号，用模十六加法计数器74LS161的输出端的最高位Q3接到移位寄存器74LS164的输入端可以实现1111111100000000码，模十六加法计数器74LS161的输出端的Q1 Q2 Q3接到八选一的数据选择器74LS151的选择控制端。74LS151的八个输入端都接到八位拨码开关，由拨码开关和控制端控制输出端，输出端接到移位寄存器

74LS164的输入端。而移位寄存器74LS164的输出端接8只发光二极管，可以实现流水功能，并有多种工作方式。如图3-1所示。

图3-1

2 系统模块组成

2．1系统组成框图

四花样彩灯设计可先对几个独立的功能模块进行设计，每一个模块完成特定的功能,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可由四个模块组成，它们分别是：时钟电路、单种码产生电路、拨码开关控制电路、数据输出，设计框图如图2-1所示。

图2-1 系统组成框图

2.2各模块的组成及功能分析

1.时钟电路：由一个555和电阻电容组成，构成一个多谐振荡器，周期为可调，控制计数器和移位寄存器。

2.单种码产生电路:由模十六加法计数器74LS161可产生。

3.拨码开关控制电路：八位拨码开关和八选一数据选择器74LS153组成，模十六的计数器74LS161的三个输出端接数据选择器的地址输入端，就能按二进制译码，从拨码开关控制8个输入端D0——D7,选择一个需要的数据送到输出端Y。

4.数据输出电路：由八位移位寄存器74LS164和八个彩灯与电阻组成，选择输出的每一种码输入到寄存器的数据输入端，使码在寄存器的八个输出端自左向右移动，实现彩灯的变化。

3 单元电路设计与计算

3.1 时钟脉冲产生电路

时钟脉冲产生电路由NE555定时器、两个电阻和两个电容构成。555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，利用它可以方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，由于使用灵活、方便，所以555定时器再波形的产生与变换、测量与控制等多种领域都得到广泛应用。时钟脉冲产生电路主要由555定时器芯片来实现，555芯片管脚图如图4-1所示。

图4-1 NE555定时器

555定时器内部机构如图4.1所示，它主要有以下部分组成：

(1)电阻分压器。由3个5 KΩ的电阻组成。

(2)电压比较器。由C1和C2组成，当控制输入端悬空时，C1和C2的基准电压分别是2/3Vcc 和1/3Vcc。

(3)基本RS触发器。由两个与非门G1和G2构成，对两个比较器输出的电压进行控制。

(4)放电三极管VT。VT是集成极开路的三极管，VT的集成极作为定时器的引出端D。

(5)缓冲器。由G3和G4构成，以提高电路的负载能力。

引脚功能:

1脚位接地端；2脚是低电平触发端入端；3脚是输出端；4脚是复位端；5脚是电压控制端；6脚是高电平触发端入端；7脚是放电端；8脚是电源端。

时钟电路案例图如图4-2所示。

图4-2 时钟电路案例（数据可变）

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,其周期为:

T=0.7(R 1+2R 2)C

555控制74LS161模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动,其周期设为1秒左右, 电阻值和电容值可设为：

R 1=20K Ω R 2=2.2K Ω（可变） C =100μf

由公式计算得：T =1.72s

时钟电路的输出一路作为计数脉冲送到模十六计数器74LS161；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器74LS164。

工作原理:

多谐振荡器的输出波形图，如图4-3所示

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