花型变换彩灯设计.docx
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花型变换彩灯设计
赣南师院
物理与电子信息学院
课程设计报告书
姓名：
余芳
班级：
电子科学与技术06级
学号：
060803008
时间：
2008年12月20日
论文题目
花型变换彩灯设计
课程论文
要求
设计要求：
花型变换彩灯能够美化生活，增添节目的喜庆气氛，我们都喜欢在节日的时候用彩灯来装饰房间，使家里增添一中喜庆的气氛，在很多的城市里都用彩灯来装饰城市的夜晚，用来美化城市，在现代的大都市应用非常的广泛。
但当我们设计电路时，只设计一种演示花型，就比较单调，也不耀眼，而且只需用时序电路的设计步骤就可以完成，方法非常的简单，为了掌握系统设计的方法，我们要求彩灯在多种花型之间进行变换，请设计：
花型变换彩灯采用不同搭配方案的16路彩灯构成。
有如下的四种的演示花型。
花型1：
16路彩灯同时亮灭，亮、灭节拍交替进行；
花型2：
16路彩灯每次8路灯亮，8路灯灭，且亮、灭相间，交替亮灭；
花型3：
16路彩灯先从左至右逐路点亮，到全亮后再从右至左逐路熄灭，循环演示；
花型4：
16路彩灯分左、右8路，左8路从左至右逐路点亮，右8路从右至左逐路点亮，到全亮后，左8路从右至左逐路熄灭，右8路从左至右逐路熄灭，循环演示。
要求彩灯亮、灭一次的时间为2秒，每64秒自动转换一种花型，花型转换的顺序为：
花型1、花型2、花型3、花型4，演示完一次后在进行下一次的循环，如此的一次一次的循环下去。
要求利用系统设计的方法，每种花型的变化都是从全0开始的。
设计过程
1、设计目的
1、1熟悉数字电路课本知识。
1、2了解数字电路的基本设计思路。
1、3掌握电路中各个芯片的具体功能。
1、4体会从理论到实践的思想。
1、5提高分析问题和解决问题的能力
2、设计方案：
由设计要求可知：
花型1、花型2演示一遍需要2个周期；花型3演示一遍需要32个周期；花型4演示一遍需要16个周期。
根据彩灯的亮灭规律，为了便与控制，采用移位型系统方案，即用移位寄存器模块的输出驱动彩灯，彩灯亮、灭和花型的转换通过改变移位寄存器的工作方式来实现。
16路彩灯需要移位寄存器模块的规模为16位，但为了方便实现四种花型的转换，将其分为左、右两个8位移位寄存器模块LSR8和RSR8。
花型变换彩灯控制系统的结构框图如下图1所示：
16路彩灯
定时器T64S
左移寄存器LSR8
右移寄存器RSR8
控制器CONTR
“A→B”代表A控制B
图1：
16路彩灯控制器的结构框图
2.1由于彩灯亮、灭一次的时间为2秒，所以选择系统的时钟CLK的频率为0.5HZm使亮灭节拍与系统时钟周期相同。
此时，64秒花型转换周期可以用一个模32的计数器对CLK脉冲计数来方便的实现定时，定时器模块取名为T64S。
为了方便操作，设置一个加电后的手工复位信号RES。
当RES有效时，将控制模块CONTR置于合适的初始状态，使其从花型1开始演示；同时将定时器模块T64S异步清零，使计时电路一开始就能正常工作。
如下图2所示：
图2：
16彩灯的定时器T64S
如下图3所示模为32的计数器的仿真图
图3：
模为32的计数器的仿真图
因为每64秒自动转换一种花型，而一个时钟周期为2秒，所以每一种花型的总共的周期数都为32个时钟周期。
当第32个时钟脉冲输入时，此时有T0=1,由第一种花型向第二种花型转换；当第64个时钟脉冲输入时，此时又有T0=1，由第二种花型向第三种花型转换：
当第96个时钟脉冲输入时，此时又有T0=1，由第三种花型向第四种花型转换；当第128个时钟脉冲输入时，此时又有T0=1，由第四种花型向第一种花型转换，如此的循环下去。
2.2实现数据子系统操作控制功能的部分即为发控制子系统，控制器模块取名为CONTR，如下图4所示：
图4：
16彩灯的控制系统CONTR
因为控制子系统需要异步位功能，所以选择74161作为控制器的状态存储芯片。
其中一些激励和输出表达式为：
D=0C=QCB=QBA=QCQAL7
PR=（QC
QB）R7QR=
L0QL=
P7=
=P5=P3=P1=Q7=Q5=Q3=Q1
P6=
=P4=P0=P2=Q6=Q4=Q2=Q0
为了保证开始工作时控制器处于S0（000）状态，加电后首先通过复位信号RES将控制器异步清零
2.3把定时器T64S、控制系统CONTR和移位寄存器组成总的电路图，如下图5所示：
图5：
16彩灯的总的电路图
DR,DL分别为移位寄存器模块的右移和左移串行数据输入端，M1、M0为移位寄存器模块的方式控制端。
当M1M0=00时，移位寄存器处于保持状态；
当M1M0=01时，移位寄存器处于右移状态；
当M1M0=10时，移位寄存器处于左移状态；
当M1M0=01时，移位寄存器处于置数状态。
3、设计所用元器件
八位移位寄存器74198芯片两片
十进制同步计数器74160芯片两片
十六进制同步计数器74161芯片一片
74151芯片五片
各简单的逻辑门若干
4、上机的仿真与实验
4．1上机仿真
4．1．1打开电路原理图，并设为当前原理图；
4．1．2选择合适的芯片，并进行编译适配；
4．1．3编译选择，添加仿真激励源信号波形，选择仿真时间，保存当前的文件，并进行仿真，观察电路仿真结果，得到以下图5的仿真结果。
图5：
16彩灯的仿真图
4、2上机实验
4．2．1打开电路图，并设为当前原理图；
4．2．2选择合适的芯片，并进行编译适配；
4．2．3进行管脚的重新分配与定位，可以手动分配管脚，也可以自动的分配管脚。
4．2．4器件编程下载，按照管脚的分配接好电路，输入端CLK接05HZ的脉冲，复位端RES接按键开关相连，用LED灯来表示16路彩灯，将Y0…Y1、Z0…Z7对应的管脚分别与16只LED等相连。
得到如表1：
16彩灯的真值表。
个数
Z7
Z6
Z5
Z4
Z3
Z2
Z1
Z0
Y7
Y6
Y5
Y4
Y3
Y2
Y1
Y0
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5、实验结论
5、1对于十进制74160和十六进制74161来说，当EP、EP、置零端CLRN、置数端LDN都为1时，他们都进行计数。
5、2在本次的数字电路设计中用了两片74160组合成32进制，由此可知M>N
时我们必须用多片N进制计数器组合，才能构M进制计数器。
5、3通过本次的数字电路设计我们知道了移为寄存器里存储的代码能在移位脉冲的作用下依次左移或右移。
5、4通过本次的数字电路设计我们知道了用一些小规模芯片和一些中规模芯片能实现各种的组合逻辑电路。
5、5通过本次的数字电路设计我们进一步知道了用EDA软件能很快的、很方便的完成实验的仿真和测试。
6、实验心得体会
通过此次课程设计,我们更进一步的了解了电路设计的基本思路和设计方法,更进一步的掌握了各种芯片的功能和特性。
通过本次数字电路设计我们进一步的了解了可编程器件设计的全过程。
通过本次课程设计我觉得我对课本的知识点掌握的有进一步的加深，实践能力得到了提高，但有时在知识的应用上欠缺。
通过此次课程设计使我更加了解到理论与实践相结合的重要性，自己在以后的学习过程当中应该有目的性的去培养自己的实践能力，同时要对理论知识的了解比较扎实。
赣南师范学院2008—2009学年第_一_学期课程论文
课程论文题目：
花型变换彩灯设计
设计要求：
花型变换彩灯能够美化生活，增添节目的喜庆气氛，在现代的大都市应用非常的广泛。
请设计：
节目彩灯采用不同搭配方案的16路彩灯构成。
有如下的四种的演示花型。
花型1：
16路彩灯同时亮灭，亮、灭节拍交替进行；
花型2：
16路彩灯每次8路灯亮，8路灯灭，且亮、灭相间，交替亮灭；
花型3：
16彩灯先从左至右逐路点亮，到全亮后再从右至左逐路熄灭，循环演示；
花型4：
16路彩灯分左、右8路，左8路从左至右逐路点亮，右8路从右至左逐路点亮，到全亮后，左8路从右至左逐路熄灭，右8路从左至右逐路熄灭，循环演示。
要求彩灯亮、灭一次的时间为2秒，每64秒自动转换一种花型，花型转换的顺序为：
花型1、花型2、花型3、花型4，演示过程循环的进行。
教师评语：
教师签字：
年月日
行政班级电子科学与技术06级学号060803008姓名___余芳__
选课班级电子科学与技术06级任课教师杨汉祥成绩_________
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