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1、内内 容容 摘摘 要要随着人们生活水平的较大提高，人们对于物质生活的要求也在逐渐提高，不仅是对各种各样的生活电器的需要，也开始在环境的幽雅方面有了更高的要求。在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果，利用控制电路可使彩灯（例如霓虹灯）按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电（与全部彩灯始终全亮相比） 。它广泛用于大型灯会、舞台灯光控制、体育馆灯光控制以及节假日灯光装饰中。因此，彩灯控制电路应用越来越丰富我们的生活，成为我们生活不可缺少的一部分。实现彩灯控制的方法很多
2、，如用 EPROM 编程、单片机、纯硬件电路等。每种图案的状态常以环形和扭环形计数器的计数循环状态来实现，而环形和扭环形计数器一般由移位寄存器经适当反馈连线构成。通过频率控制速度即可实现。本课题是利用 4 位通用移位寄存器为核心元件实现彩灯的循环控制，以及八路彩灯，每路有四个 LED-YELLOW，自动实现三种花样变换的功能。关键字：4 位可级联移位寄存器 计数脉冲 数据选择器 节拍 花型 目目 录录一、 概 述 4二、方案设计与论证51功能分析及具体要求.2设计思路3图案及图案变换设计4 组成方框图三、单元电路设计与分析 71时钟信号发生产生电路 72分频电路及初态产生电路.4状态变换产生控
3、制电路.3初态置入电路. 3显示电路. 四、总原理图及元器件清单91总原理图 92元器件清单 9五、结论 10六、心得体会11七、参考文献12（小四、宋体，24 磅）一、概述一、概述（小三、宋体、加粗、（小三、宋体、加粗、1.5 倍行距）倍行距） 在当今世界，彩灯已经成为我们生活的一部分，能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。街角巷里，高楼大厦无处不是炫彩以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用 LED 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种潮流。四花样彩灯主要是通过电路产生有规律的脉冲信号来实现彩灯的变化。它的主要器件是 74 LS 395 四位可级联寄存器，现如今寄存器是数字系统常见
4、的重要部件。除了在计算机中广泛用于存放中间数据外，还可构成环形或扭环形计数器。本实验电路主要由在课本中学过的器件构成，并在计算机中模拟仿真，观察实验彩灯效果。本实验需要设计者综合应用所学课程的基础理论、基本技能和专业知识的能力，我们不仅要考虑总体电路的设计还要考虑系统各部分电路的选择、设计，及它们之间的互相连接。用 74395 等集成芯片和附属电路构成彩灯控制器主要目的是培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。培养侧重从生产第一线获得生产实际知识和技能的能力。（1）使学生进一步巩固加深对所学知识的掌握，使之系统化、综合化。 （2）培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学
5、知识技能。 （3）注重培养学生独立获取新知识、新技术和新信息的能力。 （4）培养学生学会调查研究的方法、熟悉有关政策的能力。（5）培养学生撰写符合规范要求的设计说明书和编写相关技术。 二、方案设计与论证二、方案设计与论证1 1功能分析及具体要求功能分析及具体要求（四号、宋体、加粗）（1） 控制器有八组输出,每组至少能驱动四只LED。（2）设计用 32 只 LED 组成的彩灯图案。图案的状态变换至少有三种,并且能定时自动切换。（3）彩灯图案状态变换的速度至少有快、慢两种。（4）设计并仿真彩灯控制器 2 2设计思路设计思路彩灯控制器系统是由计时控制电路，定时控制电路，编码发生电路以及输出驱动电路等
6、组成。其基本工作原理：由 555 定时器组成的多谐振荡器产生时钟脉冲信号，再由两个十六进制计数器 74LS161 分别控制三种图案及每种图案的时钟信号和状态变化，同时双四选一数据选择器 74LS153 通过选择时钟信号和相应的初态来控制彩灯变化， ，并且通过控制四位可级联寄存器 74LS395 的初态及时钟脉冲就可以控制其输出端，就可以实现我们想要的彩灯循环变化。其中，每种图案的状态变换常以环形和扭环形计数器的计数循环态来实现，而环形和扭环形计数器一般由移位寄存器经适当的反馈连线构成 ，并且，通过改变移位脉冲的时钟频率即可改变每种图案状态变换的速度， 再用规则的顺序脉冲去控制图案状态变换的保持
7、时间，就能实现不同图案变换的自动切换。3 3图案及图案变换设计图案及图案变换设计本题中 32 只 LED 构成 8 X 4 显示点阵。其中。每一列的4 只 LED 分别接至驱动电路的4 个输出端，每一行的8 只 LED 则接至驱动电路的一个输出端。第一种图案变换：彩带一条一条亮，然后再一条一条熄灭状态图为： 00000000100000011000000 0000000100000011 11111111此图案的状态变换由16 种状态构成，在这16 种状态中，从00000000 到状态 11111111，LED 将从左到右逐次点亮；而从状态11111111 到状态00000000，LED 又从
8、左到右逐渐变暗。所以以上16 种状态的相互转换就形成了“逐渐亮再逐渐暗”的图案。第二种图案变换：暗带移动状态图为：0111111110111111 11011111 11101111 1111111011111101 11111011 11110111此图案的状态变换由8 种状态及其相互之间的转换形成，由于每种状态中都有一位低电平（暗点） ，而低电平逐位循环右移，所以这8 种状态之间的转化就形成了“暗点（暗带）移动”的图案。第三种图案变换：彩灯左右摆动。状态图为：0101010110101010此图案的状态变换由2 种状态构成，每种状态中不相邻的2 位轮流在高低电平之间转换，高电平时LED 为
9、亮，低电平时则暗，所以这2 种状态之间的相互转换就形成了“左右摆动”的图案。4 4组成方框图组成方框图按照设计思路以及图案变化，可得图 11 所示的彩灯控制组成方框图。图 21 组成方框图三、单元电路设计与分析三、单元电路设计与分析1 1时钟信号发生电路时钟信号发生电路（四号、宋体、加粗）时钟信号图 31 由 555 构成的多谐振荡器由 555 构成的多谐振荡器产生时钟信号，为整个彩灯控制器提供时钟信号，该电路产生的时钟信号有一个去向：进入计数器74LS161 进行分频。2 2分频电路及初态产生电路分频电路及初态产生电路 （四号、宋体、加粗）74LS161 是常用的四位二进制可预置的同步加法计
10、数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。图 32 74ls161 引脚图该电路十六进制 u1 的主要功能是产生不同频率的时钟信号，以及三进制u2 用于对整个彩灯控制器的同步控制和图案状态变换的速度控制 以及状态 00、01、10产生。该电路产生的时钟信号有两个去向：频率较低的的时钟信号去控制初态 产生电路、初态置入控制电路以及环扭计数控制电路和速度变换产生电路中的u2的 2 位三进制计数器，该时钟信号决定了图案状态变换的持续时间；其他频率的时钟信号则用于图案变换速度的控制。具体电路如图所示：555 多谐振荡器时钟信号图 34 计时控制电路3 3状态变换
11、产生控制电路状态变换产生控制电路 （四号、宋体、加粗）（四号、宋体、加粗）图 35 74ls153 引脚图A、B选择输入端1D01D3、2D02D3数据输入端1S、2S选通输入端（低电平有效）1Y、2Y 数据输出端采用 74ls153 对三种状态的图案数据进行选择，A、B 分别可由 U2 输入三种状态00、01、10，来进行数据选择，由1D01D3 输入三种状态由移位寄存器U7 的Q3 或 Q3的适当的反馈连线，用 1y 输出所用 74ls395 的初态 SI 的输入，同时2D02D3 输入三种图案所使用的脉冲信号并由2y 输出其相应的频率，使彩灯变换有两种速度。4 4初态置入电路初态置入电路
12、 （四号、宋体、加粗）图 36 4 位可级联移位寄存器（74ls395）引脚图MR 清零端(低电平有效) /OE 三态允许端（低电平有效）/CP 时钟输入端（下降沿有效）D0D3 并行数据输入端 Ds 串行数据输入端S 移位控制（低电平有效）/置入控制端 Q0Q3 输出端 Q3 级联输出端当移位/置入控制端 S 为低电平时，在时钟/CP 下降沿作用下进行移位操作。当 S 为高电平时，在/CP 下降沿作用下，并行数据 D0D3 被送入相应的 Q0Q3，此时，并行数据 Ds 被禁止。当 l/s 为高电平时，Q0Q3= D0D3。当为低电平时，Q0Q3 想应的向后移位，并且 Q0=SI，由于 SI
13、连接初态，就可以实现图案的变化5 5显示电路显示电路 （四号、宋体、加粗）（四号、宋体、加粗）图 37 显示电路四、总原理图及元器件清单四、总原理图及元器件清单1 1总原理图总原理图图 41 总原理图2 2元器件清单元器件清单元件序号型号主要参数数量备注Q12N1711无8三极管U174LS161 无2三、十 六进制 计数器U374LS153 无1数据选 择器U4555 无1多谐振 荡器U574LS395 无2移位寄 存器U64002 无1四项或 非门U8NOT 无2非门U9NOR 无1两项或 非门D1LED-YELLOW 无32黄灯C1CAPC1 为 4F，C2 为 0.01F2电容RRESR1、R2 为 40K，R3 至 R10 为 100，R11 为 10K，R12 至 R19 为 1K，R20 为 50020电阻五、结论五、结论在两周的课程设计过程中，最重要的是要设计出一个好的原理图，以节省时间和元器件为原则，用尽量少的器件实现所要求的功能。 一个好的设计必须进行模块化设计，这样的设计思路对以后错误的排查，系统整体的维护都有至关重要的作用。 问题最多的是电路板的连接。在连接电路板的过程中，芯片的摆放成为了一个重点。因为连线会出现交叉现象，既影响美观，又容易对实际电路产生影响，可以按照事先做好的各个模块逐个连接、排错，通过这种方式获得较 好的电路布局，也利于检查，大
