循环彩灯控制器课程设计

数字电路课程设计报告课程名称：循环彩灯控制器

设计题目：循环彩灯控制器

院（部）：机械与电子工程学院

专业：

学生姓名:

学号:

班级：

日期:

指导教师:

课程设计任务书

目录

1.摘要 (4)

2.关键字 (4)

3.设计背景 (4)

3.1 了解数字电路系统的定义及组成 (4)

3.2 掌握时钟电路的作用及基本构成 (4)

4.设计方案的选择 (5)

5.单元电路的设计 (6)

5.1 花型控制电路的设计 (6)

5.2 花型演示电路的设计 (10)

5.3 节拍控制电路的设计 (10)

5.4 时钟信号电路的设计 (11)

6.总体电路图 (12)

7.各个单元电路的输入输出波形 (12)

8.电路调试 (15)

9.元器件清单 (16)

10.分析与总结 (17)

11.致谢 (19)

12.参考文献 (19)

13.指导教师评语 (20)

循环彩灯控制器的设计

1.摘要

本次循环彩灯的设计制作由时钟信号CP电路、花型控制电路、花型演示电路、节拍控制电路构成的集成电路来实现，其中花型控制电路由1614位二进制同步计数器完成，花型演示电路由195 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化），节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。

2.关键字

循环彩灯、时钟信号CP电路、花型控制电路、花型演示电路、节拍控制电路。

3.设计背景

3.1了解数字电路系统的定义及组成

数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。

3.2掌握时钟电路的作用及基本构成

时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。设计时钟电路，应根据系统的要求首

先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。

4.设计方案的选择

针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：

方案一：总体电路共分三大块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现时钟信号的产生。

主体框图如下：

方案二：在方案一的基础上将整体电路分为四块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。

主体框图如下：

根据所提供的实验器材各模块总体思路如下：

时钟信号CP 电路：参见高等教育出版社 王淑银主编的《数字电路与逻辑设计》课本P404图10-3-6（a ）;

花型控制电路：由1614位二进制同步计数器完成；

花型演示电路：由195 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；

时钟信号CP 产生电路 花型控制电路 花型演示电路

节拍控制电路：节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。

总体方案的选择

方案一与方案二最大的不同就在，方案一是基于基本要求而设计的，方案二加入了节拍的变化，花型控制电路和花型演示电路的CP都是节拍控制之后的CP。

两种方案的基本思路相同，将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。这么设计的出发点是：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试都很方便。。花型控制电路简单，花型也比较简单。

由于在设计的构想时期，已经确定将电路模块化，设计的过程中又已经将节拍控制电路设计出来，通过仿真软件也实现了设计要求——分频。方案二同时完成了选做的要求，只要确保每一模块实现其功能方案二并不难也不复杂，为了确保短时间内完成课程设计和高效率，我选择了方案二。

5.单元电路的设计

5.1 花型控制电路

由二片移位寄存器194实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。

三种花型变换样式

花型1：8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次；

花型2：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：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。

移存器输出状态编码表

我的设计是每种花型完整显示两遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为64，即1~16显示第一个花型，17~32显示第二个花型，33~64显示第三个花型。

要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP 低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。现将两片194分为低位片1和高位片2，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用^Li表示Li的取非)