彩灯循环控制系统 电路与电子技术 课程设计
- 设计目的
本次课程设计要设计一个彩灯循环控制器。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，可通过模十六计数器74LS161的输出端接与门74LS08和非门74LS04产生。
1.1 实现方法
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。
2.系统分析
本次基于Multisim14 设计的彩灯实现了选题所叙述的要求
设计要求控制一个彩灯循环即可本次设计的核心电路部分是置数模块，计数模块，显示模块，需要用Multisim14.0软件实现。
题目要求：
1．彩灯能够自动循环点亮；
2．彩灯循环频率快慢可调；
3．彩灯具有8路输出。
4．自行设计脉冲信号产生电路。
5．画出系统框图和逻辑电路原理图及接线图，并用电路仿真软件进行仿真。最后写出设计和仿真总结报告。
6．可自行增加其它功能。
2.1 主要参考元器件
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
3. 系统设计
3.1 系统组成框图
设计好各个部件的功能,再把它们有机的组织起来构成一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3.1所示：
图3.1系统组成框图
由两个555构成两个时钟电路，由模十六计数器和组合逻辑门构成四种码产生电路，由双D触发器和数据选择器构成开关电路，由移位寄存器和八个彩灯构成输出电路，一个时钟控制模十六计数器和移位寄存器，另一个时钟控制双D触发器。
3.2 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。
用模十六计数器74LS161的输出端的最高位Q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，Q由低电平变为高电平，双D触发D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3.2所示:
图3.2
3.3 各模块的组成及功能分析
四种码产生电路:由模十六计数器74LS161、与门74LS08和非门74LS04
4. 电路设计与分析
4.1 时钟脉冲产生电路
时钟脉冲产生电路由555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定时器在波形的产生于变换、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。时钟电路图如图4.1所示:
:
图4.1时钟脉冲电路
4.2 四种码产生电路
根据用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)C. 由公式计算得：T=0.721s时钟电路的输出一路作为计数脉冲送到模16计数器74LS161；另一路作移位时钟脉冲加到移位寄存器74LS164. 另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数器的20倍,改变R1、R2的阻值即可，由公式计算得：T=14.42s。四种码产生电路如图4.2所示：
图4.2四种码产生电路
根据彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即四种码产
生电路要产生的码，如表4-1所示：
表4-2十六进制计数器的真值表
表4-3 计数器真值表
4.3 彩灯自动转换控制电路
要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地输出Z1、Z2、Z3、Z4，也就要使它的地址输入端输入四种状态并循环转变，可用双D触发器实现。双D触发器的两个输出端Q1、Q2的状态方程为：
设双D触发器的初始状态Q1Q2= 00，由Q1、Q2的状态方程式（4—2）和式（4—3）可得，Q1、Q2的状态变换顺序为00—>01—>11—>10—>00，实现四分频。用双D触发器的输出端Q1、Q2控制选择器的地址输入端，使数据选择器自动选择一种码输出，实现彩灯花样的自动控制。自动转换控制电路如图4.3所示：令Q1Q2=AB，74LS153数据选择器的功能.
图4.3自动转换控制电路
工作原理：数据从多谐振荡器的输出端输出，输入到双D触发器的时钟信号输入端，然后从双D触发器的输出端，输出到双四选一数据选择器74LS153的地址输入端。由表4-3可知，数据选择器的地址输入端A、B循环转变，输出端1Y循环选择四种码Z1、Z2、Z3、Z4输出，使彩灯的四花样自动循环改变。
4.4 花样输出电路设计
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：
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开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，输出四种彩灯花样。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花样。当输入另外的三种码时，寄存器的数码移动原理相似，所以就不累赘了。
5. 仿真结果及分析
5.1 仿真电路图
如下图所示：
图5.1设计电路图
时钟脉冲产生电路由555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定时器在波形的产生于变换、测量与控制等多种领域都得到广泛应用。
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开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，输出四种彩灯花样。
图5.2Z1情况四位移流水灯
图5.3单位移流水灯
图5.4Z2情况八位移流水灯
图5.5双位移流水灯
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花样。
文件
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