個人資料整理 僅限學習使用多路彩燈控制器設計報告一、課程設計題目課程設計題目：多路彩燈控制器二、任務和要求彩燈控制器可以自動控制多路彩燈按不同的節拍循環顯示各種燈光變換花型。彩燈控制器是以高低電平來控制彩燈的亮滅。實現彩燈控制可以采用 EPROM編程、RAM編程、可編程邏輯器件、單片機等實現。在彩燈路數較少，花型變換比較簡時，也可用移位寄存器實現。在實際應用場合彩燈可能是功率較大的發光器件，需要加以一定的驅動電路。本課題用發光二極管 LED模擬彩燈，可以不用驅動。現要求設計一個 8路移存型彩燈控制器，彩燈用發光二極管 LED模擬，具體要求如下：能演示三種花型，花型自擬。選做：彩燈明暗變換節拍為1.0s和0.5s，兩種節拍交替運行。總體方案的選擇根據題目的任務、要求和性能指標，經過分析與思考，得出以下方案：整體電路分為四個模塊：第一個模塊實現節拍的發生；第二個模塊實現快慢兩種節拍的控制；第三個模塊實現花型的控制；第四個模塊實現花型的顯示。主體框圖如下：節拍發生電路

節拍控制電路

花型控制電路

花型顯示電路在本方案中，各單元電路只實現一種功能。其優點在于：電路設計模塊化且各模塊功能明確，易于檢查電路，對后面的電路組裝及電路調試帶來方便。缺點是：由于設計思想比較簡單，元件種類使用少，花型復雜一些就會導致中間單元電路連線過多而易出錯。四單元電路的設計1.設計所使用的元件及工具：74LS161<四位二進制同步計數器）----------------------2個；74LS194<雙向移位寄存器）------------------------------2個；74LS151<八選一數據選擇器）---------------------------1個；74LS74<雙上升沿D觸發器）----------------------------------1個；74LS00<四—二輸入與非門）----------------------------3個；74LS04<六—非門）------------------------------------1個；發光二極管---------------------------------------------8個；555-----------------------------------------------1個；電容：4.7μf----------------------------------------------1個；0．01μf---------------------------------------------1個；個人資料整理 僅限學習使用電阻：

150kΩ

------------------------------------------------------------1

個；4.7k

Ω-----------------------------------------1

個；100Ω

----------------------------------------------4

個；面包板一個；萬用表一個；鉗子一個；導線若干。2.各個單元電路的具體實現1）節拍部分<1）節拍發生電路考慮到節拍是整個電路功能實現的基礎及其他模塊進行調試的必需條件，故首先實現節拍發生模塊。0.5s節拍選用由555及相關器件構成的多諧振蕩器電路實現。由于輸出波形中低電平的持續時間，即電容放電時間為低電平的持續時間，即電容放電時間為因此電路輸出矩形脈沖的周期為輸出矩形脈沖的占空比為當 時，占空比近似為 50%。故綜合考慮，電容取：4.7μf 0.01μf電阻取： =150kΩ 4.7kΩ電路圖如下：個人資料整理 僅限學習使用Vo<2）節拍控制電路Vo由于<1）中已實現0.5s節拍，故使用74LS74<雙上升沿觸發器）將其二分頻產生1.0s節拍。再通過控Vo制74LS151<八選一數據選擇器）的A為0或1選擇Y端輸出的脈沖的頻率來控制這兩種接拍的交替輸出。因此該模塊由一片74LS151和一片74LS74級聯實現。整體上實現脈沖頻率的變換，即交替產生快慢節拍。令74LS74的Vcc，CLR，PR都接高電平，將^Q的輸出接到D端，Q端的輸出接到74LS151的D1端。令74LS151的D0,D2,D3,D4,D5,D6,D7,B,C,CP^G,GND接低電平，Vcc接高電平，D0接0.5s節拍信號即 555的輸出Vo，A端接由花型控制電路的CF輸出<這一端子的輸入需結合后續模塊決定）。由此實現了0.5s和1.0s快慢兩種節拍的控制。電路圖如右：個人資料整理 僅限學習使用2）花型部分首先設計花型如下：花型 1：整體分為兩部分從第1路和第5從左至右漸亮，全亮后，再分兩半從左至右漸滅。循環兩次；花型2：從中間兩路開始，同時向兩邊依次漸亮，全亮后再由中間到兩邊依次漸滅。花型3：從左至右順次漸亮。全亮后逆序漸滅。循環兩次。花型的實現由 2片74LS194來實現，狀態轉移圖如下 <設兩片 74LS194的輸出依次為Q1~Q8）:花型一：00000000 10001000 11001100 1110111010001000 11001100 11101110 11111111花型二：00000000 000110000 00111100 011111100000110000 00111100 011111100 11111111花型三：個人資料整理 僅限學習使用00000000 10000000 11000000 11100000011111110 11111100 11111000 1111000011111111 11111110 11111100 1111100010000000 11000000 11100000 11110000<1）花型顯示電路每個花型完整顯示一遍，所以三種花型完全顯示一遍需要的總結拍數為32，即1~8顯示第一個花型，8~16顯示第二個花型，17~32顯示第三個花型。要用194實現三個花型的連續顯示必須對兩片194的S1、S0和SL、SR一句節拍的變化進行相應的改變。現將兩片194分為低位片1和高位片2，再將其輸出端從低位到高位記為Q1~Q8。列出各花型和其對應的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號及節拍控制信號列表如下：(用^Qi表示Qi的取非>低位片高位片節拍控制信號花型SLSRS1S0SLSRS1S0CH~CA1X^Q401XQ801000000002^Q1X10X^Q801000010003X^Q801XQ40100010000Q5X10^Q1X1000010100經過分析可以得到控制194高低位片的左移右移變化的控制量。用CA~CH表示161從低位到高位的個輸出端。控制結果表達式如下：194低位片194高位片SL=^Q1·^CE+Q5·CESL=^Q1SR=^Q4·^CE+^Q8·CESR=^Q8·^CE+Q4·CES1=^CDS1=CD·CE<2）花型控制電路將二片161級聯成為模 64<三種花型在兩種節拍下各顯示一遍）的計數器。個人資料整理 僅限學習使用161的級聯用的是同步，并用 ^CG清零。由于花型控制模塊和顯示模塊之間的連線較為復雜，故在一個圖中顯示，如下：CP五、總體電路圖個人資料整理 僅限學習使用個人資料整理 僅限學習使用六、電路組裝完成后，實際測量的各個單元電路的輸入、輸出信號波形1．基本CP脈沖產生電路波形圖與分頻電路波形圖2.測試波形:(列依次為CP脈沖,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D>花型一：花型二：個人資料整理 僅限學習使用花型三：七、電路組裝、調試過程中發生的問題及解決的方法。實驗的每一天都有所收獲，都有所進步。我花了很久的時間來設計電路：首先再次熟悉相關器件的功能、用法，又參照了一些書籍、材料，然后一步步地走，一點點地完善，最終完成屬于自己的第一階段成果。在連線時，因為對原理及連線都很熟悉，所以連線階段并沒有花費過多的時間。但是加電后LED二極管亮的沒有一點規律，檢查原理圖沒什么問題，我只能一條導線一條導線地標記，一個端子一個端子地排查，最后發現是兩個與非門間的連線弄錯了。其實在電路組裝過程中，遇到的最大問題是，芯片分布不夠合理，無法很好的布線。于是在分析了我的設計后計算了要用芯片的個數和個芯片之間的關系，按照各個控制電路的走向較合理的插好了芯片。其次就是布線，因為要求不準交叉，且橫平豎直，所以在保個人資料整理 僅限學習使用證連通的情況下，在布線上也下了不少工夫，我用心考慮，盡力做到我認為很合理的布線。八、分析和總結。這次課程設計對于我來說收獲很大。通過本次實驗，我認識到了實踐的重要，也提高了我的實際動手能力。我們要學會把理論聯系實際，而這次課程設計就是一個很好的機會，不僅能提高我們的理論知識，而且也培養了我們的實際動手能力。盡管在中間遇到很多問題，我的設計最后在老師的檢查下發現了自己存在的問題，是因為自己想的太簡單，沒有認真思考。但是經過老師的指導和同學的幫助，使得這次實驗能順利完成，而且在討論中我們也學到了很多知識，而且也對也前的知識做了一個很好的回顧。在這次實驗中，我體會到在進行一個綜合性的硬件設計時，要全面考慮問題，比如想用其他信號來控制一個信號，就要考慮到和這個信號直接或間接關系的信號，必須是最重要相關的信號，然后用真值表來解決他們的關系，通過門電路來實現。下來就是在實際動手連接電路時的問題，由于種種客觀方面的原因，導致理想和現實相差太遠，輸入電路不可以懸空，懸空并不是高電平，芯片上有接電源和接地的懸空是高電平，但這個高電平并不是，有時候它不是怎么高，這樣地話，就會對后面地時序電路產生影響在通過這兩個禮拜