8路彩灯控制电路设计

附件：
附表 3.1.2 74LS194N 的特性表
3.3 设计方案
（1）编码器的设计。分析表 3.1.1，实现花型Ⅰ时前四位 Q0 Q1 Q2 Q3 为左移 环形计数器的规律，后四位 Q4 Q5 Q6 Q7 为左移环形计数器的规律；实现花型Ⅱ 时前四位 Q0 Q1 Q2 Q3 为左移环形计数器的规律，后四位 Q4 Q5 Q6 Q7 为右移环形 计数器的规律；实现花型Ⅲ时前四位 Q0 Q1 Q2 Q3 为右移环形计数器的规律，后 四位 Q4 Q5 Q6 Q7 为右移环形计数器的规律；实现花型Ⅳ时前四位 Q0 Q1 Q2 Q3 为 右移环形计数器的规律，后四位 Q4 Q5 Q6 Q7 为左移环形计数器的规律。
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片的 S1 与它们是异或的逻辑关系。这样在电路中加上了一个 D 触发器和一个异 或门就可解决上述 问题。
然后遇到的就是接到电路中的触发器没有实现预想的功能，通过示波器观察 发现经由触发器输出的波形并没有变化。第一次加入触发器时并没有直接使用 D 触发器而是使用的是 JK 触发器 J、K 端悬空实现 D 触发器的计数功能。但是经过 实际连接发现了 J、K 端悬空时并没有实现 D 触发器的功能。然后经过多次摸索 发现书中说的悬空是指什么都不接那样就表示接高电平，而在这个软件中悬空的 话是要直接接一个高电平的，不然实现不了预想的功能。经过不断的改进本设计 最终选用了一个 D 触发器，实现预想的功能。
在设计时不断地考虑芯片各个端口的功能，产生的进位，输出的信号，以及 现有的逻辑关系与所需的逻辑关系。综合考虑设计电路，虽然有的问题可能思考 很久依旧没有结果，这时查找资料询问同学则是很好的选择。
看着自己在纸上画的波形图，写的逻辑表达式以及仿真的结果顿时有了很大 的成就感，三天的时间很短设计时间很仓促，答辩完成后再看看自己的设计图发 现还是有很大的修改空间。更换不同的端口界线就实现了其他不同的花型变换， 其中的门电路可以使用其他的一个或两个芯片来代替，这样整个电路就会显得更 加清晰明了。
用两片 74LS194N 分别对四个彩灯经行编码，编码器的 Multisim 仿真电路图 如图 3.2.2 所示。
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图 3.2.2 编码器的 Multisim 仿真电路图 编码器选用的是 2 片 4 位双向移位寄存器 74LS194N 组成 2 个环形计数器， 74LS194N 的特性表见附表 3.1.2。 图 3.2.2 中两片 74LS194N 的工作方式控制信号 S0、S1 由控制器控制。U5 片
4.增强学生动手能力，增加学生理论和实践结合的机会。
2. 课程设计题目描述和要求
设计题目 八路彩灯控制电路设计，即设计并制作 8 路彩灯控制电路，用以控制 8 个 LED 按照不同的花色闪烁 设计要求 1． 接通电源，电路开始工作，LED 灯闪烁； 2．LED 灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种模式
74LS194N························································ ·2 片
74LS161N························································ ·2 片
74LS04D ························································ ·6 片
《8 路彩灯控制电路设计》 课程设计报告
专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师：
月 25 日
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2014 年 6
目
录
1.
课
程
设
计
的
目
的·········································1
2. 课 程 设 计 题 目 描 述 和 要
求································1
设计使用的两个主要的芯片 74LS194N 、74LS161N 在上学期时已经有过接 触，为了此次设计我有找到上学期的课本复习了一下相关知识。设计中还用到的 其他已学知识也经行了加深复习如基本电路图的设计。
通过此次的实践设计我学会了理论和实际的联系。就书中的“悬空”端口处 不连接线路，在书中是处于状态表示高电平，而在实际连接如若“悬空”端不连 高电平书中表示的“悬空”就实现不了。
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节拍控制器的时序如图 3.2.4 所示
16个 花型Ⅰ循环两次
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图 3.2.4 控制器的时序图 32 拍的节拍脉冲，可以通过计数器对 CLK 时钟脉冲信号 32 分频的方法产生， 用 2 片集成二位进制计数器 74LS161N 级联成 8 为二进制计数器，集成计数器 74LS161N 的特征见附表 3.1.3。控制器的 Multisim 仿真电路如图 3.2.5
4 设计过程中遇到的问题及解决办法
设计中最早遇到的问题就是节拍脉冲控制两片 74LS194N 的左右移动端口的 逻辑关系，第一次连接时只得到连续左移的效果。解决的办法是在把节拍 CLK 脉 冲波形图与左边第一片 74LS194N 的 S1、S0 端口的设计波形图画出来然后观察得 到 CLK 和 S1、S0 的逻辑关系，发现可以使用 D 触发器实现 CLK 到 S1、S0 的波形 转换。这样就确定了左边第一片 74LS194N 的左右移的端口控制。再写出第二片 74LS194N 的 S1 端口与第一片 74LS194N 的 S1 与 CLK 之间的 0 1 逻辑表，得出第二
此次的设计更是让我明白了请教同学的重要性，自己在苦苦思考的问题也许 同学的一句话就会使你茅塞顿开。所以和同学交流自己的思想，将问题讨论一下
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比自己在哪里苦苦思考好的多。同学间要学会交流、学会相互帮助。 经过三天的不懈奋斗最后在仿真时最怕的就是结果不如自己设计的那样。可
是往往事实不是那样的。只有不停的仿真，检查电路，找到问题，解决问题。这 样的过程虽然辛苦但也正是设计的乐趣所在。虽然得到的结果不如自己的设想当 时在不断的改向自己的目标时也是有成就感的。
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图 3.2.6 系统的总体 Multisim 仿真电路 由仿真结果看本设计能够和好的实现所设想的四种花型的变化即 花型Ⅰ：8 路彩灯分成两半从右到左依次点亮，全亮后再从右到左依次熄灭。 花型Ⅱ：8 路彩灯由中间到两边对称的依次点亮，全亮后仍由中间到两边对 称熄灭。 花型Ⅲ：8 路彩灯分成两半从左到右依次点亮，全亮后再从左到右依次熄灭。 花型Ⅳ：8 路彩灯由两边到中间对称的依次点亮，全亮后仍由两边到中间对 称熄灭。 且每种花型循环两次。
1
1
1
系。因此可以得出 U5、U6 的左右移动的控制连接电路。
图 3.2.3 两片 74L194N 的左右移动控制电路 （2）控制器的设计。分析表 3.1.1 知道花型Ⅰ、花型Ⅱ、花型Ⅲ、花型Ⅳ经 过 8 个 CLK 脉冲信号作用循环一次。本设计是每种花型连续循环两次，这样需要 16 个 CP 脉冲信号作用，实现一次大循环需要 64 个 CLK 脉冲信号。这样设计一 个 32 拍的节拍器用两个周期实现四种花型的循环。
74L194N 数据左移串行输入端 SL=Q ,右移串行输入端 SR=Q 。U6 片 74L194N 数
0
3
据左移串行输入端 SL= Q 右移串行输入端 SR=Q 。U5 片 74L194N 的工作方式
4
7
S 控制端 和节拍脉冲是 D 触发器的逻辑关系，即在节拍脉冲通过 D 触发器后连 1
S S S 接 。U6 片 74LS194N 的 端口与 U5 片 74L194N 端口和节拍脉冲是异或关
图 3.2.5 控制器的 Multisim 仿真电路 （3）时钟脉冲信号。时钟脉冲信号源选用 Multisim 中的时钟电压源，振荡 频率设置在 100Hz 左右。也可由 555 定时器外接电阻、电容元件构成多谐振荡器 或用石英晶体多谐振荡器产生时钟信号。
3.4 总体电路的设计与仿真
各单元电路的设计与仿真完成后，最后连接各单元电路，构成完整的彩灯控 制电路系统。系统的总体 Multisim 仿真电路如图 3.2.6 所示。
（报告 脉正冲文信部分）： 号
发生器
控制 器
编 码器
8 路彩 灯编码信 号
图 3.2.1 彩灯控制器原理图 编码器根据花型按节拍输出 8 路编码信号，控制彩灯按规定的规律亮、灭；
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控制器为编码器提供所需的节拍脉冲及控制信号，控制整个系统的工作；脉冲信 号发生器为系统提供时钟脉冲信号。
3.2.2 器件的选择
3. 电路设计
3.1 闪烁花型设计
花型Ⅰ：8 路彩灯分成两半从右到左依次点亮，全亮后再从右到左依次熄灭。 花型Ⅱ：8 路彩灯由中间到两边对称的依次点亮，全亮后仍由中间到两边对 称熄灭。 花型Ⅲ：8 路彩灯分成两半从左到右依次点亮，全亮后再从左到右依次熄灭。 花型Ⅳ：8 路彩灯由两边到中间对称的依次点亮，全亮后仍由两边到中间对 称熄灭。 花型状态编码表如表 3.1.1 所示。 每种花型连续循环两次，四种花型轮流交替，为了更好的显示结果本文用指 示灯模拟彩灯。
节拍脉冲
表 3.1.1 8 路彩灯输出状态编码表
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
花型Ⅰ
花型Ⅱ
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0 1 2 3 4 5 6 7 8
节拍脉冲
0 1 2 3 4 5 6 7 8
00000000
00000000
00010001
00011000
00110011
00111100
01110111
3.
电
路
设
计··············································1
4. 设 计 过 程 中 遇 到 的 问 题 及 解 决 办
法·························7
5.
结
论
与
体
会·············································8
最后遇到的问题就是灯的替换显示问题。当时为了得到明显的花型显示选用 是指示灯而不是二极管，在将指示灯替换回二极管时，再对电路经行仿真问题就 出想了。软件提示有错误，根据提示我对电路做了更改。在二极管接地端之前接 了 300Ω的电阻。再次进行仿真时一切如预想的花型变换。
5 结论与体会
这次的课程设计时间上是很仓促的只有一星期的时间但是实际是连 5 天都 没到因为中间我们有考试，那样就耽误了很多的时间。此次的课程设计在借助图 书同学的帮助下我用了 3 天左右的时间完成了。虽然自由短短的 3 天时间但是还 是学到了很多。
附
表
参
考
书
目············································9
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1. 课程设计目的
1.熟悉仿真软件 Multisim ,使用软件经行电路仿真；
2.掌握数字电路课程学习的常见芯片的功能，熟悉其工作原理；
3.了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学的分析问题、解决问题；
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3.2 设计原理
3.2.1 系统的逻辑功能分析
彩灯控制电路的原理框图如图 3.2.1 所示，它主要由控制器、编码器和脉冲 信号发1111
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花型Ⅲ
花型Ⅳ
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时钟电压 源·······················································1 个
VCC （5V）·························································3 个