彩灯控制器实验报告

彩灯控制器实验报告文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

电工电子课程设计

实验报告

题目名称：彩灯控制器

指导教师：

姓名：

学号：

专业班级：

日期：

前言

电子技术课程设计是配合电子技术基础课程与实验教学的一个非常重要的教学环节。它是电气信息类专业学生的重要基础实践课，也是工科专业的必修课，能巩固电子技术的理论知识，提高电子电路的设计水平，加强综合分析问题和解决问题的能力，进一步培养学生的实验技能和动手能力，启发学生的创新意识及创新思维。完成本次课程设计，对进行毕业设计及毕业后从事电子技术方面的工作都有很大的帮助。

近年来，由于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。因此用集成电路来实现更多更复杂的器件功能则成为必然。

现代生活中，彩灯越来越成为人们的装饰品，它不仅能美化环境，渲染气

氛，还可用于娱乐场所和电子玩具中，现以该课题为例进行分析与设计可编程的

彩灯控制的电路很多，构成方式和采用的集成片种类、数目更是五花八门，而且

有专门的可编程循环彩灯控制电路。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器主要用计数器，译码器，分

配器和移位寄存器等集成。本次设计的可编程彩灯控制电路就是用寄存器、计数

器和译码器等来实现，其特点是用发光二极管显示，实现可预置编程循环功能。

目录

前言 1

一、课题设计任务及要求 .3

二、设计目的 3

三、优选设计方案 4

四、整体设计思想及原理框图 5

五、各模块设计与分析 6

1、脉冲发生电路 7

2、控制电路和译码电路 10

3、存储电路 12

4、数码管显示电路 .14

六、元器件清单 15

七、安装及调试中出现的问题和解决方法 15

八、设计感想 17

附录

一、实验电路图 20

二、实验电路连接图 .21

三、参考文献 21

一、课题设计任务及要求

课题名称：可编程彩灯控制器

设计任务及要求：

通过对硬件编程，将图形、文字、动画存储在E2PROM中，通过计数器控制图形、文字、动画的地址，在利用显示矩阵显示出来。系统所显示的内容可反复循环，直至手动清零，便可回到初始地址。

1、设计脉冲产生电路、图形控制电路和存储电路；

2、用发光二极管点阵（8×8）作为显示电路，显示内容的动面感要强。

3、图形能连续循环，图形大于64幅，图形显示间隔在20ms～2s范围内连续

可调；

4、能手动清零功能，有自动选画功能；

5、完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性。

二、设计目的

本课程设计主要是为了实现可编程彩灯控制的功能，且通过本次电子课程设计，了解电子产品设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能灵活运用已学过或者类似的集成块构成电路实现上述功能，还能灵活掌握555电路的应用方法。能用仿真软件对电子线路进行仿真设计，还能用Portel等软件绘制PCB图，掌握了电子电路调试的方法，且能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题，并进一步掌握EEPROM的编程方法和应用。

三、优选设计方案

方案A：

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设计思想如下：

1.编码发生器

编码发生器根据花形要求，按节拍送出64位状态编码信号，以控制彩灯按规律亮或灭。因为彩灯路数少，花形要求不多，可选用移位寄存器输出64路数字信号，控制彩灯发光。编码发生器采用16片4位通用移位寄存器74LS194来实现。74LS194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。64路彩灯采用两片74LS194组成64位移位寄存器，花形设计比较灵活。移位寄存器的64个输出信号通过驱动电路控制电路来控制彩灯，编码器中数据输入端和控制端的接法由花形决定。根据选择的花形，可列出移位寄存器（编码发生器）输出状态。

2.控制电路

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。控制电路设计通常按照下述步骤进行：逐一分析单一花形运行，移位寄存器的工作方式和驱动要求，按照工作状态决定74LS194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。

方案B：

采用555定时器输出脉冲，高频通过计数器控制电路和译码电路，不断刷新显示矩阵的各列；而低频产生脉冲，决定显示哪一幅画面。由于需要产生64幅以上的图形，可以设计一个64进制的计数器，即可显示64幅图，此低频接在EEPROM的高位，而高频计数器控制电路的输出接在EEPROM的低三位。即高位决定显示哪幅画，低位表示每幅图形的每列的显示。

显然，方案B比较合理而且能实现课程设计的要求，采用方案B来进行课程设计。

四、整体设计思想及原理框图

本系统可设计为四个模块：

1.脉冲发生电路

采用两个555定时器组成振荡器，一个产生高频和一个产生可调低频。高频通过计数器控制电路和译码电路，不断刷新显示矩阵的各列；而低频产生脉冲，决定显示哪一幅画面。

2. 图形控制电路

用74LS161芯片设计一个64进制的计数器，以显示64幅图，其中低片计数器构成16进制，高片计数器构成4进制，并且将低频通过计数控制电路接在EEPROM的高位，从而选择显示哪一幅画。而高频通过计数器控制电路接在EEPROM的低三位，不断刷新显示矩阵的各列，用以控制图形的显示。由于显示矩阵是由64个发光二极管组成，把译码器输出接在显示矩阵的阴级进行行控制，EEPROM接在显示矩阵的阳极进行列控制，只有同时导通时，二极管才亮。译码电路是低电平有效，每次只有一个输出有效，所以需要快速进新刷新，故将高频通过计数器控制电路接在译码电路的输入端。