武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书 1 1 设计意义及要求 1.1 设计意义 （1） 通过此次课程设计，加深同学们对理论知识的理解，培养同学们的动手动脑能力以及解决实际问题的能力。 （2） 培养同学们之间相互学习、相互交流合作共同解决问题的能力。 （3） 培养同学们对电子设计的兴趣，查阅相关资料解决疑难的能力。 （4） 同学们自学protues仿真软件画电路图并进行仿真操作，培养学生的自学能力。 （5） 增强同学们的创新能力，鼓励同学们设计出属于自己的方案。 1.2 设计要求 现有8只彩灯，试设计一控制器，要求彩灯能实现如下追逐图案： （1） 使8只彩灯从右到左逐一循环点亮。 （2） 使8只彩灯按照 1110 1110左移循环点亮。 （3） 使8只彩灯交替闪烁。 （4） 接着重复以上的动作，这样一直循环下去。时间间隔为0.5秒。 （5） 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。 2 方案设计

2.1 设计思路 2.1.1 设计方案一 设计要求彩灯完成三个可以循环的功能，于是就把设计分为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。由555多谐振荡器产生脉冲，再用74LS161进行分频，为电路提供脉冲信号。彩灯花样控制电路由74LS198和门电路构成。循环选择控制电路由74LS161和门电路组成。

图2.1 多彩循环彩灯控制器设计方案一系统框图 多谐振荡器

分频计数器 门电路选择器 移位寄存器 多谐振荡器 输出 计数器 武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书 2 具体设计步骤：先将每个设计的功能要求的单独电路画出来，通过74LS198双向移位寄存器来实现对彩灯的直接控制。在完成单个功能要求之后，通过计数器74LS161配合相应的门从而选择哪一个门电路结构工作，把预先存在相应门电路结构输入端的数据送到移位寄存器74LS198的数据输入端，并对其进行置数。给移位寄存器加上相应的反馈，配合脉冲工作，当移位寄存器输出一种彩灯花样结束后，就重新置一次数，切换一种工作状态，从而实现在三种彩灯花样之间的循环。 2.1.2 设计方案二（小组方案） 此方案运用AT89S52单片机，通过IO口直接驱动LED灯。通过编写相应的程序从而实现在三种工作状态之间的切换。 设计框图如图2.2所示：

图2.2 多彩循环彩灯控制器设计方案二系统框图 2.2 方案设计

2.2.1 设计方案一电路图 多彩循环彩灯控制器设计方案一电路原理图如图2.3所示： 工作原理： 一、 接通电源，555多谐振荡器产生周期为0.5秒的脉冲信号，将脉冲信号分别送给计数器74LS161（1）和移位寄存器74LS198。计数器74LS161（1）按照反馈置数法连接成8进制计数器从而实现对脉冲信号周期的扩展，即将原脉冲进行8分频，得到周期为4秒的脉冲信号。用周期为4秒的脉冲信号触发下一个计数器74LS161（2），把74LS161（2）连接成3进制计数器，Q1Q0就有三种循环状态00，01，10，00…… 二、 将8个二输入与门7408作为一组，每个与门的选出一个输入端口连接在一起，接控制信号，一共放置3组，组成3个与门结构。每组的二输入与门的另一个输入端分别接上移位寄存器74LS198所需要的预置数，3组分别为00000001,111011

AT89S52单片机 LED灯显示电路 武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书

3 10，10101010。三组中相应的每三个输出通过三输入或门4075接到移位寄存器74LS198的数据输入端。 三、 74LS161（2）的数据输出端Q1Q0有三种循环状态00，01，10。Q1Q0输出通过一个二输入或非门7402接到第一组与门结构的控制信号输入端；Q0通过反相器4069取反与Q1接到第二组门结构的控制信号输入端；Q1通过反相器4069取反与Q0接到第三组门结构的控制信号输入端。这样当计数器74LS161（2）的输出Q1Q0在00，01,10间循环变化时。三组门结构分别循环被选通，预先存在输入端的预置数被送到移位寄存器的数据输入端。每组门结构工作的周期为4秒，恰好为彩灯一种工作状态的时间。 四、 给移位寄存器74LS198加上四个反馈，当输出分别为00000000,10000000， 01110111,01010101时使移位寄存器预置数。开始工作时，对移位寄存器进行清零。当地一个0.5秒的脉冲到来时，第一组门结构被选通数据00000001到达移位寄存器数据输入端，并保持八个周期4秒，与此同时，移位寄存器预置数使输出为00000001。而后进入左移工作状态，依次显示00000010,0000010 0,00001000,00010000,00100000,01000000,10000000，此即为第一种彩灯工作状态。当显示为10000000时，下一个脉冲到来时，移位寄存器重新进行预置数， 而此时存在移位寄存器数据端的数据为11101110，并保持八个周期4秒。置数后寄存器再次进入左移工作状态，依次显示11011101，10111011,01110111，当2秒后输出变为01110111时，再次置数11101110，再工作2秒又变为01110111，重新置数，此时输入端数据正好改变为第二组门电路传输过来的数据10101010。这时，第二种彩灯工作状态，开始彩灯的第三种工作状态。寄存器再次执行左移，输出变为01010101，重新置数10101010，再左移01010101，又置数为10101010，再左移为01010101，再置数为10101010，再左移为01010101。然后寄存器又该进行置数，此时第三组门结构关闭，第一组被选通，置数为00000001。就这样实现了三种彩灯工作状态之间的循环，每种工作状态时间为4秒，每个彩灯一次亮或灭的时间为0.5秒。 武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书

4 图2.3 多彩循环彩灯控制器设计方案一电路原理图 2.2.2 设计方案二电路图 武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书 5 多彩循环彩灯控制器设计方案二电路原理图如图2.4所示： 工作原理：先用keil软件将C代码生成HEX文，件，将HEX文件下载到单片机AT89S 52里面运行，就会出现彩灯的三种工作花样变化。单片机电路中晶振用来产生脉冲，开关用来复位，单片机工作时应先进行复位操作。

图2.4 多彩循环彩灯控制器设计方案二电路原理图 2.2 方案比较 方案一电路连接比较复杂，连线很多，需要的元器件很多，连接实物时由于导线和元件较多，某一个出现错误就可能导致得不到正确的结果，所以实物较难实现，连接时一定要细心、认真，要有一定的排除故障的能力。不过这种方案模块比较清晰，仿真调试比较容易找出问题所在，易于理解。这种方案也能锻炼自己的画图能力，以及对芯片的功能的理解能力。 方案二由于单片机具有以下优点 （1） 、具有优异的性价比 （2） 、集成度高、体积小、可靠性高 （3） 、控制功能强 （4） 、低电压、低功耗 武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书 6 使得电路简单，器件少，连线简单，但是使用单片机，程序调试复杂，且不利于锻炼硬件调试能力。 由于方案一实物器件不足，实现连线等起来有一定难度，且本实验主要要求仿真出正确结果，并熟练使用protues进行画图和仿真，因此我们小组方案选择实验二实现实物连接，同时也锻炼同学们读程序、写程序的能力。

3 部分电路设计 3.1 多谐振荡器的设计 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，其中7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 其成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。其内部原理图如下3.1所示：

图3.1 555多谐振荡器内部原理图 它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2

的反相输入端的参考电平为和。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超越时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触器置位，555的武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书 7 3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。 表3.1 555定时器功能表 输入 输出 阈值输入（V11） 触发值（V12） 复位（RD） 输出（VO） 放电管T

× × 0 0 导通 <(2/3)VCC <(1/3)VCC 1 1 截止 >(2/3)VCC >(1/3)VCC 1 0 导通 <(2/3)VCC >(1/3)VCC 1 不变 不变 由555定时器通过连接合适的电路变成一个多谐振荡器(脉冲发生器)，如下图所示电路：

图3.2 多谐振荡器电路 接通电源后，电容C1被充电，当V6上升到2/3VCC时，触发器被复位，此时VO为低