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1、1前言由于集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。在设计中更多的使用中，规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。因此用集成电路来实现更多更复杂的器件功能则成为必然。随着社会市场经济的不断繁荣和发展，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多为采用霓虹灯电路则不能胜任。在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式而言，做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。这些灯的控制设备多为数字电路
2、。而在现代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其变化多、功率大，数字长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过复杂的编程。流水灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地花样变化。这种多彩灯控制器电路可靠性，灵活性高，使用范围广，特别适合中小城市的交通灯、霓虹灯等的应用。而且，它对其他类似系统的开发具有一定的借鉴意义。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单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
3、种时尚。彩灯广泛应用于流水灯、跑马灯、鸳鸯戏水灯、流水灯。此课题设计具有很大现实意义，LED彩灯广泛应用于商业街广告灯，也可作为歌厅、酒吧照明灯，在超大屏LED设计中也应用了此类的设计思想，随着近几年LED技术的不断发展LED发光亮度得到了很大提高。本课题内容属于软件电路的设计与应用方面，实现过程包括总体方案的提出比较及选择、电路原理设计、元器件（芯片）参数计算。针对现在彩灯的广泛应用，可见彩灯循环是今后提高节假日气氛的重要因素之一，它的发展深度将更为广泛，使用率将会大幅度提高。本课题设计的八路彩灯循环控制电路，在今后的生活中，在投入生产时，可以是多路彩灯，将集成芯片级联使用，扩展其功能。本设
4、计是由时钟信号发生器电路、序列信号发生器电路和移位输出显示电路组成。负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形，将会更为广泛的应用。 2.总体方案设计21方案比较方案一:本方案主要由555多谐振荡器，两片74LS194移位寄存器，两片74LS161同步计数器等组成。 55多谐振荡器组成的信号脉冲源作为74LS161计数器、74LS194移位寄存器的CLK连续脉冲信号。通过改变电阻、电容的大小，可以改变74LS161计数器的计数快慢程度，74LS161计数器充当控制电路的核心器件，控制节拍和分频。使用两片74LS194构成了8位双向移位寄存器，用74LS194移
5、位寄存器直接驱动发光二极管工作。发光二极管驱动器控制器脉冲信号发生器 方案一方框图分频电路节拍控制电 路信号发生器方案二：本方案是由555定时器、749090计数器、74138译码器和74ls794移位寄存器组成。7490计数器和74138译码器及74194移位寄存器的时钟信号由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即可改变计数器的计数快慢，即可控制彩灯闪烁快慢，计数器的输出信号输入至74138译码器，由74138译码。根据计数器输出不同的计数结果，即可控制74138译码器译码得到8种不同的输出信号，决定控制彩灯的循环变化。74138的输出接在74198的八个数据输入端，可以控制彩灯的循环
6、移位的方向，即左移和右移。当计数器清零时，可以实现全灭功能。节拍执行电 路彩灯显示电路 方案二方框图 方案三：本方案是由555组成的多谐振荡器作为信号的脉冲发生器，74161计数器和74153双向数据选择器组成的序列信号发生器以及移位输出显示电路所共同组成。555多谐振荡器组成的信号脉冲源作为74161计数器、74194移位寄存器的clk连续脉冲信号。通过改变电阻、电容的大小，可以改变74161计数器的计数快慢程度，74161的输出端：Q0Q1作为74153的S0S1,Q2控制74153的两个使能端。74153的两个输出端连接一个二输入的与非门，它的输出通过连接两个SWDIP-4接入74194
7、的数据输入端，74194的两个芯片的S1S0通过SWDIP-2开关接电源以及电阻到地。改变SWDIP-2的通断状态，可以实现预置数，右移、左移的功能。脉冲信号发生器节拍执行电路脉冲信号发生器 节拍控制电路分频电路 方案三方框图2.2方案论证方案一：该方案简洁明了，555多谐振荡器发出脉冲型号，74LS161同步计数器控制，194寄存器驱动以此实现彩灯控制。方案二：该系统是利用555多谐振荡器和7490计数器以及138译码器和74194移位寄存器的彩灯显示功能。555发出脉冲信号，移位寄存器由计数器和译码器控制，1s的时间间隔，让彩灯实现间亮间灭的功能方案三：该方案是使用555振荡脉冲电路和循环
8、移位控制电路以及彩灯显示电路实现它的左移、右移、全亮、全灭的效果的循环、还有就是在实现各功能之前时的预置数功能，此系统都是通过开关控制的，比较方便。2.3方案选择 方案一与方案二，三最大的的不同在于控制电路，方案一中的分频和节拍控制是作为一个过程同时实现，而方案二，三分频电路和节拍控制电路是不同过程中实现。相对来说方案一更加简洁，一目了然。所以我选择方案一。3单元模块电路设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1 时钟信号发生器 主要用来产生脉冲信号。因为流水灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以可以采用555组成多谐振荡器，其输出脉冲作为下一级的时钟
9、信号。555定时器构成多谐振荡器，组成信号产生电路 接通电源后，VCC通过电阻R1、R2给电容C充电，充电时间常数为（R1+R2），电容上的电压vC按指数规律上升，当上升到VREF1=2VCC/3时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，RS=10，触发器被复位，放电管T28导通，此时v0输出低电平，电容C开始通过R2放电，放电时间常数约为R2C，vC下降，当下降到VREF2=VCC/3时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，RS=01，触发器被置位，放电管T28截止，V 0输出高电平，电容C又开始充电，当VC上升到时VREF1=2VCC/3，触发器又开始翻转。如此周而复始，输出矩形脉冲。如
10、图3.1信号发生器原理图。由于输出波形中低电平的持续时间，即电容放电时间为低电平的持续时间，即电容放电时间为因此电路输出矩形脉冲的周期为输出矩形脉冲的占空比为当时，占空比近似为50%。电容取：4.7f 0.01f电阻取：=150 k 4.7 k 图3.1按一下运行键后，可看见输出端是出现高低电平交替，时间间隔是由电路中的电容和电阻决定。因为课程设计的任务中要求时间间隔为一秒，因此在仿真时，电阻和电容值还需要改变。从而改变频率，将脉冲信号输出如图3.2多谐振荡器产生实验所需的一秒中脉冲信号。 图3.23.1.2控制电路由两片74LS161计数器级联而成以实现节拍控制和分频作用。第一片74LS16
11、1的时钟信号接555多谢振荡器产生的，第二片74LS161的时钟信号接到前一片74LS161的进位端。显示电路启动后首先右移，从逐次点亮至全亮，逐次熄灭共需要16个CP脉冲触发，然后进入左移，灯亮暗情况跟右移情况一样，最后进入闪烁阶段，又经过4个CP脉冲。此后重复上述过程，一个周期需要36个CP脉冲。由两片74LS161计数器来控制8位移位寄存器的工作的三个工作状态左移S1S0=10右移S1S0=01置数S1S0=1，以及控制寄存器串行数据输入和并行数据输入。如图3.3所示,当开启按钮时开始工作。图3.4为在秒脉冲下S1S0一个周期的的输出波形，S1S0=01持续16秒， S1S0=10 持续
12、16秒S1S0=11持续4秒。 图3.3图3.43.1.3驱动电路 驱动电路选用用两片双向移位寄存器。该电路的八个输出端接上发光二极管，使其发光。寄存器的移位控制端S1S0以及串行并行输入端由161的输出端控制。如图3.5为原理图，表3.1为三个过程的花型，3.6为时序图。图3.5 表3.1花型1（1 Hz）花型2（1Hz）花型3（1 Hz）1 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 11 1 1 1 1 1 1 11 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1 1 11 1 1 1
13、1 1 1 11 1 1 1 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 00 0 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 0 00 0 0 1 1 1 1 11 1 1 1 1 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 00 0
14、0 0 0 1 1 11 1 1 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 11 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 图3.6 图3.6中Q0到Q3为图3.5中U3这个74LS194的输出端，Q4到Q7为图3.5中U4这个74LS194的输出端。3.1.4电源电路模块的设计电路中只用到了正5V电源，使用的正5V的电源由直流稳压电源产生，直流稳压电源主要由220V的家用电压、变压器、二极管桥堆和三端集成稳压器LM7805产生的。而LM7805作为其中的核心器件。其中的二极桥堆是一种电子原件，内部由多个二极管组成，主要作用是整流，调整电流方向，桥堆构成的桥式整流电路与四只二极管构成的整流电路相同，它的内电路为四只接成桥式电路的整流二极管。而LM7805作为其中的核心器件，LM7805
