西安电子科技大学《数字电子技术》课程设计题目花样彩灯的设计学生姓名专业班级11学号院（系）信息工程学院指导教师完成时间2013年11月28日目录1 设计内容及要求 (1)1.1 设计内容 (1)1.2 设计要求 (1)1.3 主要参考元器件 (1)1.4 电路原理 (1)1.5 工作原理分析 (2)2 方案设计 (3)2.1 方案的设计 (3)2.2 工作原理分析 (3)2.3 方案设计 (4)3 单元电路分析 (7)3.1 时钟脉冲产生电路 (7)3.2 周期的计算 (7)4 焊接与调试及测试结果分析 (8)4.1 焊接 (8)4.2 调试 (8)4.3 测试 (9)5 总结 (10)参考文献 (12)附录1：元器件清单 (13)附录2：实物图 (14)1 设计内容及要求1.1 设计内容设计一四花样自动切换的彩灯控制器。
1.2 设计要求(1)彩灯一亮一灭,从左向右移动。
(2)彩灯两亮两灭，从左向右移动。
(3)四亮四灭，从左向右移动。
(4)从1～8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭。
(5)四种花样自动变换。
1.3 主要参考元器件芯片：555定时器，模十六计数器74LS161，双D触发器74LS74非门74LS04，四选一数据选择器74LS153，八位移位寄存器74LS164。
1.4 电路原理彩灯控制器电原理。
IC由555接成多谐振荡器。
3由4位2进制计数器74LS93接成16进制计数器，其4个输出端可分别输出对计数脉冲的2、4、8、16分频信号。
4是双D触发器74LS74，在这里接成两位2进制加法计数器。
5是双4选l数据选择器74LSl53，这里只用了它的一组4选1数据通道。
6是3位单向移位寄存器74LSl64，它是产生移动灯光信号的核心器件。
驱动电路用8只三极管组成8路射随器作缓冲放大，去触发作电流开关的8只双向可控硅，以控制彩灯发光。
电路的十5V电源由220V 至9V变压器降压，经D1至D4桥式整流，7805稳压后给控制电路供电。
1.5工作原理分析从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。
调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，即改变彩灯移动的速度，得到不同的动态效果。
需要个脉冲源信号刺激，之后对于流水灯的移位功能可以采取寄存器来实现，本实验采用的是74LS198芯片。
总体方案共分为6大块。
第一块实现实现左移循环，第二块实现两两左移循环点亮，第三块实现交替闪烁，第四块实现向外扩散，第五块实现时钟信号的产生，第六块实现计数器。
把四花样彩灯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。
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。
多谐振荡器、双D触发器、数据选择器共同组成一个电子开关。
多谐振荡器输出的计数脉冲经双D触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑状态。
这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，对应从模十六计数器输送到数据选择器的四个分频信号。
其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。
当双D触发器输出为“00”时，数据选择器输出10000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样一；为10时，数据选择器输出11000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样二；为01时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；为11 时数据选择器输出1111111100000000序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。
调节开关电路的CP 脉冲产生电路的电阻，可以改变开关的切换时间用以选择每种花样出现时间的长短。
2 方案设计2.1 方案的设计首先需要个脉冲源信号刺激，之后对于流水灯的移位功能可以采取寄存器来实现，本实验采用的是74LS198芯片。
总体方案共分为6大块。
第一块实现实现左移循环，第二块实现两两左移循环点亮，第三块实现交替闪烁，第四块实现向外扩散，第五块实现时钟信号的产生，第六块实现计数器。
把四花样彩灯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。
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。
2.2 工作原理分析从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。
调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，即改变彩灯移动的速度，得到不同的动态效果。
多谐振荡器、双D触发器、数据选择器共同组成一个电子开关。
多谐振荡器输出的计数脉冲经双D触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑状态。
这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。
当双D触发器输出为00时，数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从0到7顺序移动。
移动的八位控制信号直接控制发光二极管的亮灭，就出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。
2.3 方案设计方案一功能九路流水灯控制器由振荡电路、十进制计数电路、显示电路等组成，振荡频率可以通过电位器调节，调节流水灯的流水速度，首先需要个脉冲源信号刺激，之后对于流水灯的移位功能可以采取寄存器来实现，四种码产生电路:由模十六计数器74LS161、与门74LS08和非门74LS04组成，计数器的四个输出端接组合逻辑门从而产生四种码。
它的组成原理图如图2-1所示。
图2-1 方案一原理说明：该九路流水灯控制器可控制9个灯轮流循环流水发光，流水速度可以调节。
通电后，NE555及外围电路组成多谐振荡器，振荡频率主要有R1、R2、W和C3决定，调节W可以改变振荡频率，振荡器的振荡信号从NE555的3脚输出，送到CD4017的计数输入端（14脚），每到来1个脉冲，计数器的0到9输出的高电平依次移动1位，点亮对应的发光二极管，从而产生流水的感觉。
复位端相连，起自动复位作用，即计数满后又从头开始计数，从而让电路不断循环。
整个电路可以采用3-9V 直流供电。
十进制计数器，脉冲分配器CD4017是5位计数器，具有译码输出端，CP，CR，INH输入端。
时钟输入端的史密斯触发器具有脉冲整形作用，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH位低电平时，计数器在时钟上升沿技术；输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。
并用多级计数链的下级脉冲时钟。
如图2-2所示：图2-2 CD4017引脚图方案二用模十六计数器74LS161的输出端的最高位Q D作为双D触发器的时钟，可以少用两个555定时器。
555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
计数器每计八个数，Q D由低电平变为高电平，双D触发器的状态改变，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2-3所示：图2-3 方案二仿真图3 单元电路分析3.1 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2-4所示。
图2-4 时钟电路3.2 周期的计算用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(R1+2R2)C…………………………..(3-1)要用两个555产生两个时钟脉冲，一个控制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：R1=1K ，R2=51K ，C=0.01F由公式计(3-1)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；另一路作为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,其期设为模十六计数器的20倍，改变R1、R2的阻值即可，可设为：R1=1K ，R2=1M ，C=0.01F，由公式(3-1)计算得：T=14.42S。
4 焊接与调试及测试结果分析由于设计采用的芯片门电路比较多而且复杂，所以在连线这一块上，常常会有所忽略，导致整个电路无法实现要求的彩灯切换花样的变换。
这时就需要根据调试结果的推断哪里接线出了问题并且仔细检查改后的连线。
4.1 焊接先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。
4.2 调试由于设计采用的芯片门电路比较多而且复杂，所以在连线这一块上，常常会有所忽略，导致整个电路无法实现要求的彩灯切换花样的变换。
这时就需要根据调试结果的推断哪里接线出了问题并且仔细检查改后的连线。
在调试中，有时还会出现灯的亮暗不正常的情况，原因可能是四种码的产生电路不能产生符合要求的四种码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即电路是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与门74LS08和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。
首次调试时，发现彩灯亮暗变化太快，这时通过改变与555芯片相连的电阻的阻值来解决问题。
对于选通器件74LS153等不常见的元器件芯片功能的不了解可能会影响设计的复杂度，这是我们通过上网查资料来了解芯片功能，以便更好地简化电路。
在调试中找不出出错的原因时，我们通过小组成员相互帮忙来解决问题。
在调试中，有时还会出现灯的亮暗不正常的情况，原因可能是四种码的产生电路不能产生符合要求的四种码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，电路是否周期性的高低电平变化。
首次调试时，发现彩灯亮暗变化太快，这时通过改变与555芯片相连的电阻的阻值来解决问题。
对于选通器件74LS153等不常见的元器件芯片功能的不了解可能会影响设计的复杂度，这是我们通过上网查资料来了解芯片功能，以便更好地简化电路。
4.3 测试（1）彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：原因可能是双D触发器74LS74不能产生周期性的两位二进制码或是555不能产生触发双D触发器的CP脉冲，使双D触发器维持在一种状态。