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1、 电子课程设计 四花样彩灯控制器1电子课程设计报告题目名称题目名称：四花样彩灯控制器姓姓 名名：专专 业业： 班级学号班级学号： 同同 组组 人人：指导老师指导老师： 电子课程设计 四花样彩灯控制器2摘摘 要要彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。本次设计的四花样彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。本次课程设计要设计一个四花样彩灯控制器。首先要分析设计要求，从要实现四花样入手推导出要使用的芯片。可通过八位右移寄存器 74LS164 实现八个彩灯的向右移动，从它的右移输入端输入四种码来实现它的四种花样。根据四种花样确定这四种码，
2、可通过模十六计数器 74LS161 的输出端接与门 74LS08 和非门 74LS04 产生。要实现彩灯的自动转换，把四种码输入四选一数据选择器 74LS153 的四个输入端，它的地址输入端接双 D 触发器 74LS74 的两个输出端，74LS74 可产生四种循环的状态，从而实现彩灯的自动转换。时钟信号由两个 555 产生，一个产生周期为0.721 秒的矩形脉冲控制模十六计数器 74LS161 和八位右移寄存器 74LS164,另一个产生周期为 14.01 秒的脉冲控制双 D 触发器。当彩灯完成一种花样时，双 D 触发器输出状态改变，数据选择器选择另一种码输出，彩灯变为下一种花样，直到完成四种
3、花样再循环变化。经实验验证，所设计的四花样彩器能完成四花样变换，每一种花样循环两次，四种花样不断循环。关键字：关键字：时钟脉冲 分频 自动转换 控制器 数据选择器 电子课程设计 四花样彩灯控制器3目 录前言前言 1 1第一章第一章 设计要求设计要求 2 21.1 设计课题及要求 2第二章第二章 系统组成及工作原理系统组成及工作原理 3 32.1 系统组成框图 32.2 工作原理分析 3第三章第三章 电路方案设计电路方案设计 53.1 电路图设计 53.2 方案比较 5第四章第四章 单元电路设计与计算单元电路设计与计算 8 84.1 555 时钟脉冲产生电路 84.2 四种码产生电路 94.3
4、彩灯自动转换控制电路 114.4 花样输出电路 134.5 各芯片管脚图 14第五章第五章 实验、调试及测试结果分析实验、调试及测试结果分析 165.1 结果的调试及分析 16结论结论 17参考文献参考文献 1818附录附录 1 1 花样彩灯控制器的原理总图花样彩灯控制器的原理总图 1919附录附录 2 2 元器件清单元器件清单 2020电子课程设计 四花样彩灯控制器4前前 言言彩灯控制器有着非常广泛的运用，如：LED 彩灯，音乐彩灯控制器，二维彩灯控制器等等，现简单介绍如下：随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单
5、等特点而得到了广泛的应用，用 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态 参数。优易 LED 全彩灯光控制系统由 Color Edit 编辑软件、主控器、分控器和 LED 光源组成，广泛应用于城市景观、风景名胜、道路桥梁、建筑轮廓、娱乐场所、户外广告、室内装饰等美化、亮化工程。二维彩灯控制器可控制五路彩灯逐行递增点亮，再逐行递减熄灭。若将一定数量的彩色灯组合联接，就能营造出平面上色彩变化的场景，这
6、比通常控制一条线上的色彩流动更加丰富绚丽。控制器采用数字集成块，外围元器件少、电路结构简单，只要元器件完好、装接无误，装后无须调试即可一举成功。音乐彩灯控制器是专用于卡拉 ok 厅 KTV 包房的彩灯控制设备，其最大优点是不与电视音响等设备有任何连接，本设备通过检测包房里的环境音频信号强弱来控制通过彩灯的电流大小（即亮暗程度）来烘托娱乐的兴趣的目的，也就是随着声音的大小而使彩灯闪烁，歌声和彩灯一起跳动，从而让唱歌人激情高涨，留连忘返。本课题研究的是四花样彩灯控制器，应用的是数字逻辑电路的有关知识，是进行复杂设计的基础，对进行复杂彩灯设计具有指导意义。电子课程设计 四花样彩灯控制器5第一章第一章
7、 设计要求设计要求1.11.1 设计课题及要求设计课题及要求（一） 题目：题目：四花样彩灯控制器（二） 基本要求基本要求：设计一四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现(1) 彩灯一亮一灭,从左向右移动；(2) 彩灯两亮两灭，从左向右移动；(3) 四亮四灭，从左向右移动；(4) 从 18 从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭； (5) 四种花样自动变换。（三） 主要参考元器主要参考元器：NE555 定时器，模十六计数器 74LS161，双 D 触发器 74LS74，与门74LS08，非门 74LS04，四选一数据选择器 74LS153，八位移位寄存器74LS164。电子课程设计 四花样彩灯控制器6第二章
8、第二章 系统组成及工作原理系统组成及工作原理2.12.1 系统组成框图系统组成框图把四花样彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可由四个模块组成，它们分别是：四种码产生电路、开关电路、数据输出、时钟电路。设计框图如图 2.1 所示：各模块的组成及功能分析各模块的组成及功能分析1 1.四种码产生电路:由模十六计数器 74LS161、与门 74LS08 和非门 74LS04 组成，计数器的四个输出端接组合逻辑门从而产生四种码。2 2.自动转换控制电路：由双 D 触发器 74LS74 和四选一数据选择器 74LS
9、153 组成，双 D 的两输出端接数据选择器的地址输入端，它能产生两位循环二进制码，每改变一种状态，数据选择器选择一种码输出，使彩灯花样自动循环。3 3.数据输出电路：由八位移位寄存器 74LS164 和八个彩灯组成，选择输出的每分频计数器数据选择器移位寄存器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器开关电路输 出图 2.1 系统组成框图电子课程设计 四花样彩灯控制器7一种码输入到寄存器的数据输入端，使码在寄存器的八个输出端自左向右移动，实现彩灯的花样。4 4.时钟电路：由两个 555 和电阻电容组成，构成两个多谐振荡器，一个周期为0721 秒，控制计数器和寄存器，另一个周期为 14.01 秒，控制双 D
10、 触发器。2.22.2 工作原理分析工作原理分析从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，即改变彩灯移动的速度，得到不同的动态效果。多谐振荡器、双 D 触发器、数据选择器共同组成一个电子开关。多谐振荡器输出的计数脉冲经双 D 触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00、01、10、11 四种逻辑状态。这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，对应从模十六计数器输送到数据选择器的 QA，QB，QC，QD 四个分频信号。其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。当双 D 触发器输
11、出为“00”时，数据选择器输出 10000000 序列脉冲，为八分频信号，实现花样一；为“10” 时，数据选择器输出 11000000 序列脉冲，为八分频信号，实现花样二；为“01” 时数据选择器输出 11110000 序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；为“11” 时数据选择器输出 1111111100000000 序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。调节开关电路的 CP 脉冲产生电路的电阻，可以改变开关的切换时间用以选择每种花样出现时间的长短。数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从 Q0 到 Q7 顺序移动。移动的八位控制信号直接控
12、制发光二极管的亮灭，就出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。电子课程设计 四花样彩灯控制器8第三章第三章 电路方案设计电路方案设计3.13.1 电路图设计电路图设计将各单元电路组织起来就得到了系统电路图，如附录 1 所示：本电路图设计简单、结构清晰，可分为四种码产生电路、开关电路、输出电路和时钟电路这四个模块。四种码产生电路由模十六计数器和组合逻辑门构成，开关电路由双 D 触发器和数据选择器构成，输出电路由移位寄存器和彩灯构成，时钟电路由两个 555 构成。通过改变多谐振荡器的电阻可改变彩灯流动的速度和各花样持续的时间，实现了彩灯花样的动态变化，增强了控制器的灵活性。3.23.2 方案比较方案比较比较方案比较方案 1 1：在原方案的基础上，用模十六计数器 74LS161 的输出端的最高位QD作为双 D 触发器的时钟，可以少用一个 555 定时器。计数器每计八个数，QD由低电平变为高电平，双 D 触发器的状态改变，四选一数据选择器 74LS153 选择下一种码输出，彩灯变为另一种花样，以后四种花样循环改变。如图 3.1 所示:U1A74LS04D 21U1B74LS04D43U1C74LS04D65U1D74LS04D89U2B74LS08D456U2C74LS08D9108U42Y92C0102C1112C2122C
