彩灯控制系统.docx
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彩灯控制系统
一、课程名称：
八路彩灯控制系统
二、设计内容与设计要求
1．设计目的
（1）学会将一个实际情况抽象为逻辑电路的逻辑状态的方法。
（2）掌握计数、译码、显示综合电路的设计与调试方法。
（3）掌握实际输出电路不同要求的实现方法。
2.设计任务
八路彩灯显示系统，该系统实现以下功能：
（1）八路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。
（2）八路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。
（3）八路彩灯同时亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒，反复4次。
3．设计要求
（1）确定总体设计方案画出总方框图，确定各单元电路的功能，进行单元电路的设计，画出逻辑图。
（2）选择元器件型号。
（3）画出总逻辑图和装配图，并在实验板上组装电路。
（4）进行电路调试，使其达到设计要求。
（5）写出总结报告。
4.参考器件
555定时器、计数器、双向移位寄存器、显示译码管、数码显示管、发光二极管及一些门电路等。
三、总体设计思路
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实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。
四、总体设计原理
1.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20秒，故需要一个20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20进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。
2.设计框图
2.总逻辑电路原理图
五、各单元电路设计
1.1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,其周期为:
T=0.7（R1+2R2）C………………………（5-1）
控制74LS161模十六计数器电阻值和电容值可设为：
R1=1KΩ，R2=17.4KΩ，C=0.01μF
由公式（1-1）计算得：
T=0.2506S
图5.1时钟电路
1.2多谐振荡器
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,控制74LS161模十六计数器，74LS161A输出2倍T的脉冲信号，大约为0.5秒；B输出4倍T的脉冲信号，大约为1S。
图5.2多谐振荡器
2.120进制循环控制电路
图5.320进制循环控制电路示意图（74LS161由74163代替）
2.2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00000~10011，检测10100（异步清零）。
3.彩灯花样输出电路：
3.1运用到74LS194功能表
输入
输出
功能
/CR
S1
S0
CP
SL
SR
D0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3
0
×
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
清零
1
1
1
↑
×
×
d0
d1
d2
d3
d0
d1
d2
d3
送数
1
0
1
↑
×
1
×
×
×
×
1
Q0n
Q1n
Q2n
右移
1
1
0
↑
0
×
×
×
×
×
Q1n
Q2n
Q3n
0
左移
3.2通过20进制计数器的输出端的E、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表
CLK
时间
／Ｓ
节拍
QE
QD
S0
S1
SR
SL
74LS194
动作
0
１
Ｈｚ脉冲
B
1
第一节拍
0
0
1
0
1
*
右移1
1
2
0
0
1
0
2
3
0
0
1
0
3
4
0
0
1
0
4
5
0
0
1
0
5
6
0
0
1
0
6
7
0
0
1
0
7
8
0
0
1
0
8
1
HZ
脉冲
B
9
第二节拍
0
1
0
1
*
0
左移0
9
10
0
1
0
1
10
11
0
1
0
1
11
12
0
1
0
1
12
13
0
1
0
1
13
14
0
1
0
1
14
15
0
1
0
1
15
16
0
1
0
1
16
２
Ｈｚ 脉冲
A
17
第三节拍
1
0
1
1
*
*
送１
清零
17
1
0
1
1
18
18
1
0
1
1
19
1
0
1
1
20
19
１
０
１
１
21
１
０
１
１
22
20
１
０
１
１
23
１
０
１
１
由上表由：
Ｓ０＝ＱD＇
Ｓ１＝ＱE＋ＱD
CLR＇＝（ＱE*A+QE＇）
进一步分析可知７４ＬＳ１９４脉冲控制：
ＣＬＫ＝（ＱE*A+QE＇）*ＱE+B
六、实验、调试及测试结果分析
6.1结果的调试及分析
6.1.1调试使用的主要仪器:
数字万用表直流稳压电源示波器函数信号发生器
6.1.2测试电路的方法和技巧:
先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。
6.2调试中出现的故障、原因及排除方法：
6.2.1彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：
可能是移位计数器的S0，S1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。
还可能是20进制循环控制计数器没正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。
特别注意不能把非门的输入与输出接反了。
6.2.2彩灯无规律变化：
原因可能是20进制循环控制电路不能产生符合要求的控制码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD、Qe是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。
6.2.3彩灯的四种花样都有，但一次循环结束到另一次
开始中间有段时间彩灯不亮：
原因可能是控制循环的20进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于20进制，导致有放空时间。
应该检查3输入与非门是否正常工作，确保能实现20进制计数。
附录
1.元器件清单：
555定时器，模十六计数器74LS161，与门74LS09，非门74LS04，或门74LS32，74LS194双向移位寄存器，发光二极管等。
2.参考文献
《电子技术课程设计》
《电子技术课程设计指导》
《电子线路设计、实验、测试》
3.参考电路：
四路彩灯控制系统
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