流水灯课程设计报告

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1、摘要流水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。本次设计的流水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流水彩灯控制器用 8 只发光二极管显示，至少三种工作方式 首先要分析设计要求，从要实现至少三种工作方式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，从它的右移输入端控制来实现它的流水彩灯的 变化。要控制流水彩灯的变化，可通过一个八位拨码开关，八选一数据选择器74LS151,模 十六加法计数器74LS161来实现。时钟信号由一个555产生，产生周期可由一个滑动变阻器

2、控制。而彩灯的变化可由拨码开关自行选择。经实验验证，所设计的流水彩灯控制器能完成题目要求。关键词 : 时钟脉冲；分频；移位寄存器；数据选择器；拨码开关；目录摘 要 11设计课题与要求 31.1设计方案选择 32系统模块组成 42.1 系统组成框图 42.2 各模块的组成与功能分析 43单元电路设计与计算 53.1 时钟脉冲产生电路 53.2 单种码产生电路 73.3 拨码开关控制电路 83.4 输出电路设计 104整机电路设计 12整机电路工作原理 105组装调试 135.1 仿真过程 156总结 15结 论 16参考文献 16附录1 流水彩灯控制器原理总图 17附录2 PCB总图17附录 2

3、 元器清单 181 设计课题及要求一 题目：流水彩灯控制器二 基本要求：1、用 8 只发光二极管显示。2、至少三种工作方式。1.1 方案选择利用数字芯片实现。用 555做时钟信号，用模十六加法计数器 74LS161 的输出端的最高 位 Q ，模十六加法计数器 74LS161 的输出端的 Q Q Q 接到八选一的数据选择器 74LS151 的选 3 1 2 3择控制端。74LS151的八个输入端都接到八位拨码开关，由拨码开关和控制端控制输出端，输出端接到移位寄存器74LS164的输入端。而移位寄存器74LS164的输出端接8只发光二极管，可以实现流水功能，并有多种工作方式。如图 3-1 所示。?

4、101R1R3ffl瞰R曰L-RQiII- imi -：TKn-图 3-1MCflnClD202D3曲tflPtTl-J3PRr询2 系统模块组成21 系统组成框图四把戏彩灯设计可先对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：时钟电路、单种码产生电路、拨码开关控制电路、数据输出，设计框图如图2-1 所示。图 2-1 系统组成框图2.2 各模块的组成及功能分析1. 时钟电路：由一个 555 和电阻电容组成，构成一个多谐振荡器，周期为可调，控制计 数器和移位寄存器。2. 单种码产生电路:由模十

5、六加法计数器 74LS161 可产生。3. 拨码开关控制电路：八位拨码开关和八选一数据选择器 74LS153 组成，模十六的计数 器 74LS161 的三个输出端接数据选择器的地址输入端，就能按二进制译码，从拨码开关控制 8个输入端DOD7,选择一个需要的数据送到输出端Y。4. 数据输出电路：由八位移位寄存器 74LS164 和八个彩灯与电阻组成，选择输出的每一 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，实现彩灯的变 化。3 单元电路设计与计算3.1 时钟脉冲产生电路时钟脉冲产生电路由NE555定时器、两个电阻和两个电容构成。555定时器是一种多用途 的数字模拟混合集

6、成电路，利用它可以方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡 器，由于使用灵活、方便，所以555定时器再波形的产生与变换、测量与控制等多种领域都 得到广泛应用。时钟脉冲产生电路主要由555定时器芯片来实现，555芯片管脚图如图4-1 所示。ahbb xhpiu-u.li图4-1 NE555 定时器所示，它主要有以下部分组成：(1) 电阻分压器。由3个5 KQ的电阻组成。电压比较器。由C1和C2组成，当控制输入端悬空时，C1和C2的基准电压分别是2/3Vcc 和 1/3Vcc。(3) 基本RS触发器。由两个与非门G1和G2构成，对两个比较器输出的电压进行控制。(4) 放电三极管VT。VT是集

7、成极开路的三极管，VT的集成极作为定时器的引出端D。(5) 缓冲器。由G3和G4构成，以提高电路的负载能力。引脚功能: 1脚位接地端；2脚是低电平触发端入端；3脚是输出端；4脚是复位端；5脚是电压控制端；6脚是高电平触发端入端；7脚是放电端；8脚是电源端。 时钟电路案例图如图4-2所示。图 4-2 时钟电路案例数据可变用 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(R+2R )C12555控制74LS161模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动，其周期设为1秒左右, 电阻值和电容值可设为：R=20KQ1R=KQ可变2C=100口f由公式计算

8、得：T=s时钟电路的输出一路作为计数脉冲送到模十六计数器74LS161；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器 74LS164。工作原理:多谐振荡器的输出波形图，如图 4-3 所示图 4-3 多谐振荡器的输出波形接通电源后，VCC经Rl, R2给电容C充电。由于电容上电压不能突变，电源刚接通时Vc=O, 当Vc上升到大于Vcc / 3时，RD=1, SD=1,基本RS触发器状况不变，即输出端Q仍为高电平, 当VC上升到略大于2VCC / 3时，Rn=0, SD=1，基本RS触发器置0,输出端Q为低电平。这 时Q=1,使内部放电管饱合导通。于是电容C经R2和内部放电管放电，Uc按指数规律减小。当V

9、c下降略小于Vcc/3时，内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，基本RS触发 器置1,输出高电平。这时，Q=0,内部放电管截止。于是C结束放电并重新开始充电。如此 循环不止，输出端就得到一系列矩形脉冲。3.2 单种码产生电路单种码产生电路是由74LS161构成十六位计数器产生，模十六计数器74LS161芯片管脚图 如图4-4所示。图4-4 74LS161管脚图MullQrQD9Kn B c n74LS161具有以下功能：(1) 异步清零。当RD =0,不管其他输入端的状态如何，不管有无时钟CP，计数器输出将直 接置零(QQQQ )=0000，称为异步清零。DCBA(2) 同步并行预置数。当

10、RD=1, LD =0时，再输入脉冲CP 上升沿的作用下，并行输入端的数 据dcba被置入计数器的输出端，即(QQQQ)二dcba。由于这个操作要与CP上升沿同步，所DCBA以称为同步预置数。(3) 保持。当RD = LD =1,且EP*ET=0,则计数器保持原状态不变。这时，如EP = 0、ET=0, 则进位信号Oc(Oc= Q Q Q Q ET)保持不变；如ET=0则不管EP状态如何，进位信号Oc=0。DCBA(4) 计数。当RD二LD =EP=ET= 1时，在CP端输入计数脉冲作用下，计数器进行二进制加法器 计数。从18从00左到右逐次点亮，然后逐次熄灭3.3 拨码开关控制电路拨码开关控

11、制电路由模十六加法计数器 74LS161，,8 位拨码开关，八选一数据选择器 74LS151I-海 cn-mx ?ErKI374LS161 我们已经介绍过了，8 为拨码开关如下图八选一数据选择器 74LS151 为互补输出的 8 选 1 数据选择器，引脚排列如下图，功能见表。组成,选择控制端地址端为CA,按二进制译码，从8个输入数据DOD7中，选择一个需要 的数据送到输出端Y, G为使能端，低电平有效。1使能端G=1时，不管CA状态如何，均无输出Y=0, W=1，多路开关被禁止。2使能端G = 0时，多路开关正常工作，根据地址码C、B、A的状态选择DOD7中某一个 通道的数据输送到输出端Y。如

12、：CBA = OOO，则选择DO数据到输出端，即Y=DO。如：CBA = 001，则选择D1数据到输出端，即Y = D1，其余类推。74LS151功能表:输入输出数据选择选通YW图174LS151引脚排列图工作原理：计数器控制数据选择器的地址控制端，拨码开关控制输入，可实现编码的人 工控制。3.4 输出电路设计输出电路由由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成。可控制数据。当A,B任意一个为低电平时，则禁止新的数据输入，在时钟端（CLEAR脉冲作 用下QA为低电平，当A、B有一个为高电平时则另一个就允许输入数据，并在CELAR上升沿 作用下决定QA的状态。74LS164的引脚

13、功能：CLOC:时钟输入端；CELAR：清除端（低电平有效；A、B：行数据输入端； QA QH:输出端输出电路如图4-9所示。*C3fKD图 4-9 把戏输出电路当输入移位寄存器数据输入端的码为 10000000 时，清零后在移位脉冲 CP 的作用下，寄存器数码移动情况如表 4-4 所示。表 4-4 寄存器数码移动情况表CPMRQAQBQC1110020010300014000050000600007000080000QDQEQFQGQH0000000000000001000001000001000001000001工作原理输出电路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成。寄存器的 数据输入端接收控制电路输出的码，编码在移位寄存器的八位并行输出端从 QA 向 QH 移动， 输出四种彩灯把戏。由表4-4可看出，输入码中的那位高电平“ 1”从寄存器的输出端QA经 八个移位脉冲CP作用后逐渐到了 QH，使输出端所连接的彩灯依次点亮，实现了彩灯依次点 亮的变化。4 整机电路设计根据单元电路可得到整机工作原理图，如图 5-1。图5-1流水彩灯控制器的整机电路图整机电路工作原理由以一个多谐振荡器输出脉冲信号，分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器的 时钟脉冲CP端；数据从74LS161十六位计数器的输