多路彩灯控制器的设计
一 、课程设计题目（与实习目的）
（一）、题目：多路彩灯控制器 （二）、实习目的：
1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。
2．熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。
3．了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
5．数点课程实验是大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会，增强动手实践的能力。 二、 任务和要求
实现彩灯控制的方法很多，如EPROM编程、RAM编程、单板机、单片机等，都可以组成大型彩灯控制系统。因为本次实习要求设计的彩灯路数较少，且花型变换较为简单，故采用移位寄存器型彩灯控制电路。 （1）彩灯控制器设计要求
设计一个8路移存型彩灯控制器，基本要求： 1. 8路彩灯能演示三种花型（花型自拟）； 2. 彩灯用发光二极管LED模拟； 选做：实现快慢两种节拍的变换。 （2）课程设计的总体要求
1．设计电路实现题目要求；
2．电路在功能相当的情况下设计越简单越好；
3. 注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉；
4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。
三 总体方案的选择
（1）总体方案的设计
针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：
方案一：总体电路共分三大块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现时钟信号的产生。 主体框图如下：
时钟信号CP产生电路 花型控制电路 花型演示电路
方案二：在方案一的基础上将整体电路分为四块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。 主体框图如下：
根据所提供的实验器材各模块总体思路如下：
时钟信号CP电路：参见高等教育出版社 王淑银主编的《数字电路与逻辑设计》课本P404图10-3-6（a）;
花型控制电路：由1614位二进制同步计数器完成；
花型演示电路：由195 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）； 节拍控制电路：节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。
（2）总体方案的选择
方案一与方案二最大的不同就在，方案一是基于基本要求而设计的，方案二加入了节拍的变化，花型控制电路和花型演示电路的CP都是节拍控制之后的CP。
两种方案的基本思路相同，将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。这么设计的出发点是：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试都很方便。。花型控制电路简单，花型也比较简单。
由于在设计的构想时期，已经确定将电路模块化，设计的过程中又已经将节拍控制电路设计出来，通过仿真软件也实现了设计要求——分频。方案二同时完成了选做的要求，只要确保每一模块实现其功能方案二并不难也不复杂，为了确保短时间内完成课程设计和高效率，我选择了方案二。
四 单元电路的设计
1.设计所使用的元件及工具：
74LS161（四位二进制同步计数器） ---------------------------- 2个； 74LS194（移位寄存器） ----------------------------------- 2个； 74LS151（八选一数据选择器） -------------------------------- 1个； 74LS74（双D 触发器） --------------------------------------- 1个； 74LS00（四二输入与非门） ---------------------------- ------1个； 74LS04（六非门） ------------------------------------------- 1个； 发光二极管--------------------------------------------- ------8个； 555 ----------------------------------------------------- 1个； 电容： 4.7μf ----------------------------------------------1个；
0．01μf -----------------------------------------------1个；
电阻： 150kΩ ------------------------------------------------------------ ---------1个；
100Ω ----------------------------------------------4个； 4.7kΩ ------------------------------------------------1个；
实验板一块； 万用表一个； 钳子一个； 导线若干。 2.各个单元电路 （1）花型演示电路
由二片移位寄存器194实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。 三种花型变换样式
花型1：8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循
环两次；
花型2：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。循
环两次；
花型3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。
移存器输出状态编码表 节拍序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 花型1 00000000 10001000 11001100 11101110 11111111 01110111 00110011 00010001 花型2 00000000 00011000 00111100 01111110 11111111 11100111 11000011 10000001 花型3 00000000 10000000 11000000 11100000 11110000 11111000 11111100 11111110 11111111 01111111 00111111 00011111 13 14 15 16 00001111 00000111 00000011 00000001 我的设计是每种花型完整显示两遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为64，即1~16显示第一个花型，17~32显示第二个花型，33~64显示第三个花型。
要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。现将两片194分为低位片1和高位片2，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用^Li表示Li的取非) 花型 低位片 SL 1 2 3 X ^L8 X X
列出卡诺图分析 194低位片 QE QF 0 S1 S0 SL SR 1 0 1 1 X X X x S1 S0 1 1 1 1 节拍控制信号 QE QF 00 10 01 11 SR ^L8 0 X 1 ^L8 0 ^L8 0 L4 L4 0 0 ^L8 0 ^L8 0 1
QE QF 0 1 0 1 X X ^L8 X
0 1 0 1 0 0 SL=^L8
S1=QE . ^ QF
QE QF 0 1
QE QF 0 1 0 1 SR=^L8
^L8 X ^L8 ^L8
0 1 1 0 1 1 SL=^ ( QE . ^Q F)
194高位片
QE QF 0 1
QE QF 0 1 0 1 X X X X 0 1 ^L8 ^L8 L4 X L4 SL=X SR=^ QF .^L8+ QF .L4
QE QF 0 1
QE QF 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 S1=0 S0=1
由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端S1、S0以及串行输入端的由161的输出端QE 、QF和本身输出端L4和^L8控制。用去QA—QH表示161从低位到高位的个输出端。 控制结果表达式如下： 194低位片 S1=QE . ^ QF S0=^S1 SL=^L8 SR=^L8 194高位片 S1=0 S0=1 SL=X SR=QF.L4+^QF. ^L8
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