四路彩灯控制器的课程设计

一、设计内容与设计要求

用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，要求如下：

1、开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。

2、程序由三个节拍组成：

第一节拍时，四路输出Q1～Q4依次为1，使第一路彩灯先点亮，接着第二，第三，第四路彩灯点亮。第二节拍时，Q4～Q1依次为0，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。第三节拍时，Q1～Q4输出同时为1态0.5秒，然后同时为0态0.5秒，使四路彩灯同时点亮0.5秒然后同时灭0.5秒，共进行4次。每个节拍费时都为4秒，执行一次程序共需12秒

3、用发光二极管显示彩灯系统的各节拍；

二、设计思路

根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7400实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。

三、基本原理

由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。由于程序循环一次要12秒，故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频率控制

CLR’。可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。图

多谐振荡器

12进制循环控制器16进制分频计数器

移位计数器74LS191

彩灯显示输出

四、单元电路设计

（1）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。具体实现为：

74LS161

控制74LS161模十六计数器，构成多谐振荡器,电路输出便得到一个

周期性的矩形脉冲

（2）循环控制电路

用74LS161和74LS00和方波电源构成循环控制电路

具体实现：如果模N计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，那么N是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CR’，将计数器清零。此处工作状态从0000~1011，检测1100（异步清零）

（3）彩灯输出电路

运用到74LS194功能表

图3 74LS194真值表

通过12进制计数器的输出端的C、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表

CLK 时

间节

拍

Q

D

Q

C

S

S

1

S

R

S

L

74

LS194

五、设计的分析

四路彩灯既有四路输出，设依次为d Q、c Q、b Q、a Q，若“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，分频器起节拍产生和控制作用，每4s一个节拍，3个节拍共12s后反复循环。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮、渐灭、同时亮、同时灭等功能。

分频及节拍控制可以用一个模12计数器来完成；彩灯渐亮、渐灭可以用器件的左移、右移功能来实现，因此可选用移位寄存器74194来完成。同时亮0.5s、同时灭0.5s可考虑把1Hz的秒脉冲信号直接加到输出显示端来完成

记第一，二，三节拍分别为有效时间应为4秒，结束马上开始，后马上开始，如此循环不断。为此可考虑采用移位寄存器构成的移位型控制器。由于有三个状态，因此需要用三个触发器对现时状态进行记忆，为使各状态的有效时间间隔为4秒，则驱动该移位控制器动作时钟周期应为4秒。应在开机瞬间，使移位型控制器的状态被确定下来，即节拍应为100，可控制输入信号使触发器置位、复位来实现。

为实现功能要求器件具有右移功能，为实现功能要求器件有左移功

能；而且左、右移输入可为“0”也可为“1”；为实现功能，要求器件同时具有并行置数功能。因此可选用一种具有左移、右移和并行置数功能的通用移位寄存器74LS194。74LS194具有并行输入端A、B、C、D，并行输出端、、、，右移输入端SR，左移输入端SL和模式控制输入端，以及一个无条件直接清除端CLR。模式控制输入，有00、01、10、11四种组合方式，分别表示双向移位寄存器所具有的四种功能，即禁止、右移、左移和并行置数。为了使当 =100时，=01（右移）， =010时， =10（左移），当 =001时 =11（并行置数）。74LS194的输出端初态均为零，在开机瞬间，使移位控制端的状态被确定下来，即 =100时， =01 右移串行数据输入端 SR经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从右到左依次亮共 4秒，当 =010 =10 左移串行数据输入端 SL经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从左到右依次灭共 4秒， =001 =11 并行数据输入端 A、B、C、D经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯同时为“ 1”0.5秒、同时为“0”0.5秒，重复4遍共4秒，完成一个循环共需12秒，12个CP脉冲。

六、设计实现

下图为四路彩灯显示的一种简易实现电路。该电路选用同步十六进制计数器74161实现模12分频及节拍控制，用4位双向移位寄存器74191实现彩灯的渐亮、渐灭功能。

七、实验总电路仿真图

八、设计心得

完成这次课程设计后，感觉很有成就感，因为从电路设计到电路仿真，接线，测试都是自己和组员完成。

设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另