16路彩灯循环电路课程设计

数电课程设计

题目 16路彩灯循环控制电路设计课程名称数字电路课程设计

院（系、部、中心）

专业电气工程及其自动化

班级

学生姓名

学号

设计地点数电实验室

指导教师

课程设计任务书

一．设计要求及主要技术指标 (4)

二、实验任务、要求及提示 (4)

三、设计方案的选择和电路框图 (5)

四、设计原理 (6)

五、各单元电路的设计、计算和说明 (6)

六、整体电路图 (8)

七、所用元件及器材 (9)

八、芯片功能 (10)

九、课程设计的心得体会 (21)

十、参考文献 (21)

引言

数字电路是一门理论性强、工程应用广的专业基础课程。为了训练读者对数字电路及系统的设计、安装、调试的实际动手能力，特在数字电路课程中设置了课程设计这一重要的实践环节，以便在实践中掌握数字系统的设计方法。

数字逻辑(电路)课程设计的目的

通过完成本章所列的一些设计任务，掌握基于可编程器件的EDA技术，学习Max+plusII软件开发工具，明确数字系统的概念与设计的一般流程，训练从事电子系统设计工作必备的基本技能。鉴于课程设计设置的主要目的，同时考虑学习的循序渐进、承上启下的过程，所以在本书的数字系统设计中，采用经典方法设计电路原理图，用EDA工具进行仿真，最后用编程逻辑器件实现的方法。

彩灯控制器设计简介

利用移位寄存器和计数器等设计一彩灯控制电路，改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。电路实用，也可以通过计算机仿真直观地看到循环彩灯的控制效果，综合运用所学数字电路知识，学会设计和调试方法，从而产生浓厚兴趣。如果稍微改动控制电路，可以更加完善，完成基于移位寄存器的彩灯控制器设计。

在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果，利用控制电路可使彩灯（例如霓虹灯）按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电（与全部彩灯始终全亮相比）。因此，彩灯控制电路应用越来越丰富我们的生活，成为我们生活不可缺少的一部分。本课题是利用四位双向移位寄存器为核心元件实现彩灯的循环控制。

一．设计要求及主要技术指标

1.1 设计要求

（1）、根据技术指标要求确定电路形式，分析工作原理，计算元件参数。

（2）、列出所用元器件清单并购买。

（3）、安装调试所设计的电路，使之达到设计要求。

（4）、记录实验结果。

（5）、撰写设计报告。

1.2 主要技术指标

（1）实现16个LED灯循环点亮。

（2）间隔时间可调。

（3）LED灯的闪烁按一定的规则变化，可通过输入开关设置闪烁规律。

（4) 电路有复位控制，复位按钮闭合时LED循环输出，按钮断开彩灯熄灭。

1.3设计目的

设计一种利用发光二极管作为彩灯指示,实现发光二极管依次点亮形成移动的光点,并不断循环的彩灯循环控制电路，要求可以实现彩灯循环的时间可以调节。

（1）学会分析、设计和测试用555定时器构成的多谐振荡器。

（2）熟悉译码器和中规模集成计数器的工作原理。

（3）利用译码器和计数器设计彩灯控制电路，实现不同的闪烁效果

二、实验任务、要求及提示

2.1 设计一个十六路彩灯循环电路，使其满足以下要求：

（1）16 路彩灯输出显示。

（2）彩灯的闪烁按一定规则变化(至少三种以上)，可通过输入开关设置彩灯闪烁的规律。

（3）电路有复位控制，复位按钮闭合时彩灯循环输出，复位按钮断开时彩灯熄灭。

（4）可设定彩灯的闪烁时间，彩灯闪烁的时间可通过实验箱上的开关输入。

2.2 设计提示

（1）设计要求显示16路彩灯，需要1 16个发光二极管模拟，实验开发系统上的发光二极管已连接好限流电阻，若自行连接线路需要连接限流电阻。

（2）电路图是在EWB电子工作平台设计仿真的，若需在Max-plus+II10.0的模拟仿真，并且在SE-5M实验开发系统上实现，实验系统自带不同频率的脉冲，不必设计脉冲产生电路。

（3）要完成三种以上彩灯闪烁花样的设计、可以采用不同的计数器与不同的译码输出信号相结合的方法。

彩灯图案变换的设计以4个彩灯为例，第一种图案变换：彩灯左右摆动，状态图为：0101→1010；第二种图案变换：暗带移动，状态图为：0111→1011→1101→1110；第三种图案变换：彩带一条一条亮，然后再一条一条熄灭，状态图为：0000→1000→1100→1110，上述变化可以用环形计数器、扭环形计数器实现。当然，也可以是：彩灯从右到左，然后从左到右逐个点亮；彩灯从右到左点亮，然后从左到右逐个依次熄灭，全亮全灭；彩灯两边同时亮2个逐次向中间移动移动再散开，彩灯两边同时亮4个，4亮4灭。

为完成上述不同白勺闪烁规律，也可将手动改变规律设计为自动循环变化闪烁图案。

（4）如进一步提高彩灯的观赏性，可改变不同图案的闪烁频率，可以将输人脉冲进行分频。

三、设计方案的选择和电路框图

3.1 题目分析

我们设计的流水灯实际上是主要使用一个74LS191，两个74LS138，和一个555定时器这四个芯片对16个LED进行控制，产生循环控制的效果。

3.2题目设计

用附加电容、电阻把555定时器接成一多谐震荡器，产生脉冲信号。两个74LS138扩展成4-16线译码器，与LED向接。74LS191作为计数器。

3.3 结构框图

如图1.

图 1结构框图

四、设计原理

设计彩灯循环控制电路，要求该电路彩灯循环显示频率快慢可调，控制器具有多路输出。

该电路由555定时器、74LS191计数器和138译码器组成。

74LS191计数器的时钟信号由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即句改变计数器的快慢，即可控制彩灯闪烁的快慢。计数器输出信号输人至138译码器，由138译码，根据计数器输出不同的计数结果，即可控制138译码器译码得到不同的输出信号，决定彩灯的循环变化。显然，不同的计数器与译码器电路，得到的是不同的彩灯循环控制结果。若译码器不变，在计数器的控制端输入不同的控制信号，进行不同的计数，则在输出端可见不

同的彩灯循环输出。

五、各单元电路的设计、计算和说明

（一）555时序电路

在这次课程设计中，555定时器用来产生

脉冲信号。因此把555定时器接成多谐震荡

器。R1、R2、C2为定时元件。

图9、555时序电路