彩灯控制电路

目录

第一章设计目的- 2 -

第二章功能设计要求- 3 -

第三章设计方案及基本组成和原理- 3 -

第一节彩灯电路的组成框图 ........................... - 4 -

第二节各单元电路的工作原理 ......................... - 5 -一编码发生器.................................... - 5 -

二振荡器........................................ - 6 -

三控制器........................................ - 7 -

四移位寄存器.................................. - 10 -

五时钟信号电路................................. - 12 -第三节总电路原理 .................................. - 13 -

第四章元器件清单- 13 -

第五章设计总结与体会- 14 -

第六章参考文献- 16 -

附录（一）.简易彩灯控制电路器总电路图- 17 -

摘要：

绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。本次设计的简易彩灯控制器是由时钟信号电路，74LS194双向移位寄存器，D触发器等组成。每个模块又由不同的集成电路组成。它是利用几种芯片来控制不同数量而有规律的彩灯的亮灭。主要由555振荡电路产生时钟脉冲信号，同时通过74HC74、双D触发器组成的电路来控制彩灯亮灭的顺序，从而实现彩灯四种花型自动切换。在设计中，我把所学的数字电路和模拟电路的知识进行有机的结合，并采用了软件进行电路的绘画。

[关键词]：时钟信号电路 74LS194双向移位寄存器 D触发器 SN74LS138D。

第一章

设计目的

一熟悉工程实践中电子电路的设计方法和规范，达到综合应用电子技术的目的。二学习文件检索和查找数据手册的能力。

三学习protel软件的使用。

四学会整理和总结设计文档报告。

第二章

功能设计要求

一要求电路能够控制8个以上的彩灯

二要求彩灯组成两种以上花形，每种花形连续循环两次，各种花形轮流交替。

第三章

设计方案及基本组成和原理

近年来，由于中，大规模集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。在设计中更多的使用中。大规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。因此，双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下：

一据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以方便检修。

二个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件构成单元电路。

三各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作需求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常，协调工作。

第一节彩灯电路的组成框图

根据设计要求，本系统由控制电路、编码发生电路和输出驱动电路等组成。其彩灯控制器的总体框图如图4.1.1所示。

图4.1.1 彩灯控制器总体图框

第二节各单元电路的工作原理

一编码发生器

编码发生器根据花形要求，按节拍送出8位状态编码信号，以控制彩灯按规律亮或灭。因为彩灯数少，花形要求不多，可选用移位寄存器输出8位数字信

号，控制彩灯发。编码发生器采用两片4位通用移位寄存器74194来实现。74194具有异步清除和同步预置、左移、右移、和保持等多种功能，控制方便灵活。8路彩灯采用两片74194组成8位移位寄存器，花形设计比较灵活。

移位寄存器的8个输出信号通过驱动电路控制彩灯，编码器中数据输入端和控制端的接法由花形决定。本设计选择下列四种花形：

花形I——由两边向中间对称地依次点亮，全部点亮后，仍由两边向中间依次熄灭。

花形II——8路灯分两半，从右至左顺次点亮，再顺次熄灭。

花形III——8路灯分两半，从左至右顺次点亮，再顺次熄灭。

花形IV——由中间向两边对称地依次点亮，全部点亮后，仍由中间向两边依次熄灭。

根据选定的花形可列出编码发生器输出转台编码，如表2.2.1所列。

表2.2.1 输出状态编码

二振荡器

555定时器构成的多频振荡器，CMOS非门构成的振荡器的振荡周期T=1.4RC，

555构成的振荡器的振荡周期T=0.7（R

1+2R

2

）C。

当接通电源后，电容C被充电。vc上升，当vc上升到 2/3 VCC时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使vc下降。当vc下降到1/3VCC时，触发器又被复位，vo翻转为高电平。电容器C放电所需时间为

tPL=R2Cln2=0.7R2C

当C放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C充电，vc由1/3VCC 上升到2/3VCC所需的时间为

tPh=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C

当vc上升到2/3VCC时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为

f=1/( tPL+ tPh)=1.43/[(R1+2R2)C]

由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。

三控制器

控制电路为编码器提供所需的节拍脉冲和驱动信号，控制整个系统的工作。控制电路的功能有两个：一是按需要产生节拍脉冲；二是产生移位寄存器所需要的各种驱动信号。前者较简单，后者较麻烦。控制电路设计通常按照下属步骤进行。

逐一分析单一花形运行时，移位寄存器的工作方式和驱动要求，按照表

2.2.1中所列工作状态，决定74194移位寄存器工作的状态顺序，同时是分析移位寄存器工作方式和驱动要求的依据。

图2.2.3为花型信号控制电路原理图。此图中有数值比较器74LS138、74HC74和边沿D触发器。A、B、C分别接74194的两端的三个输出端，由于7474是上升触发，当74139的输出由低电平变为高电平时7474发生翻转，但是必须等到下一个上升沿到来时7474才会发上翻转。由于7474是双D触发器，包含两个D 触发器，根据异步时序电路两个边沿D触发器的波形可知，后一个是前一个频率的二倍，所以通过7474后，就可以产生是基本脉冲信号频率的16倍，再通过一个边沿D触发器，当7474的输出端Q由低电平变为高电平时，次触发器发生翻转，就可以产生32倍的信号频率。将7474的Q2、Q2N端分别接左边74194的

S0、S1端，D触发器的QN、Q端分别接右边74194的S0、S1端，控制花型变换的顺序，自动循环。

图2.2.3 信号控制电路

四移位寄存器

集成移位寄存器74194由4个RS触发器及它们的输入控制电路组成。图4.2.4.1是它的引脚图。如表4.2.4.2所示，它们的状态组合可以完成4种控制功能，其中左移和右移两项是指串行输入，数据是分别从左移输入端DSL和右移输入端DSR送入寄存器的。RD为异步清零输入端。表4.2.4.3是74194的功能