数字电路课程设计报告课程名称：循环彩灯控制器设计题目：循环彩灯控制器院（部）：机械与电子工程学院专业：学生姓名:学号:班级：日期:指导教师:课程设计任务书课程设计题目循环彩灯控制器姓名学号班级院部机械与电子工程学院专业组别组长组员指导教师课程设计目的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。

课程设计环境用proteus 仿真软件画出总体电路图、word编写课程设计报告课程设计任务和要求设计要求：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；3．选做：实现快慢两种节拍的变换。

设计任务：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。

课程设计工作进度计划序号起止日期工作内容1 2012年6月7日~2012年6月11日选择设计题目并阅读相关文献、资料，学习使用proteus2 2012年6月12日~2012年6月13日根据设计任务和要求，做出大纲和目录3 2012年6月13日~2012年6月16日根据目录做出设计内容4 2012年6月17日~2012年6月18日根据设计内容用proteus画图5 2012年6月19日整理课程设计的格式与内容6 2012年6月20日打印并装订教研室审核意见：教研室主任签字：年月日教学院（系）审核意见：主任签字：年月日目录1.摘要 (4)2.关键字 (4)3.设计背景 (4)3.1 了解数字电路系统的定义及组成 (4)3.2 掌握时钟电路的作用及基本构成 (4)4.设计方案的选择 (5)5.单元电路的设计 (6)5.1 花型控制电路的设计 (6)5.2 花型演示电路的设计 (10)5.3 节拍控制电路的设计 (10)5.4 时钟信号电路的设计 (11)6.总体电路图 (12)7.各个单元电路的输入输出波形 (12)8.电路调试 (15)9.元器件清单 (16)10.分析与总结 (17)11.致谢 (19)12.参考文献 (19)13.指导教师评语 (20)循环彩灯控制器的设计1.摘要本次循环彩灯的设计制作由时钟信号CP电路、花型控制电路、花型演示电路、节拍控制电路构成的集成电路来实现，其中花型控制电路由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.关键字循环彩灯、时钟信号CP电路、花型控制电路、花型演示电路、节拍控制电路。

3.设计背景3.1了解数字电路系统的定义及组成数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。

输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。

比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。

模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。

在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。

3.2掌握时钟电路的作用及基本构成时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。

时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。

比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。

设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。

4.设计方案的选择针对题目设计要求，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：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）；时钟信号CP 产生电路 花型控制电路 花型演示电路节拍控制电路：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。

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。

5.单元电路的设计5.1 花型控制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花型1 花型2 花型31 00000000 00000000 000000002 10001000 00011000 100000003 11001100 00111100 110000004 11101110 01111110 111000005 11111111 11111111 111100006 01110111 11100111 111110007 00110011 11000011 111111008 00010001 10000001 111111109 1111111110 0111111111 0011111112 0001111113 0000111114 0000011115 0000001116 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)花型低位片节拍控制信号SL SR S1 S0 SL SR S1 S0 QQ FE1 X ^L80 1 X ^L80 1 002 ^L8X 1 0 X ^L80 1 103 X ^L80 1 X L4 0 1 01X ^L80 1 x L4 0 1 11列出卡诺图分析194低位片QEQ F 0 1 QEQ F 0 10 X ^L8 0 0 11 X X 1 0 0SL=^L8 S1=QE. ^ Q FQEQ F 0 1 QEQ F 0 10 ^L8X 0 1 01 ^L8^L8 1 1 1SR=^L8 SL=^ ( QE. ^Q F)194高位片QEQ F 0 1 QEQ F 0 10 X X 0 ^L8^L81 X X 1 L4X L4 SL=X SR=^ Q F .^L8+ Q F .L4QEQ F 0 1 QEQ F 0 10 0 0 0 1 11 0 0 1 1 1S1=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 、Q F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194高位片S1=QE. ^ Q F S1=0S0=^S1S0=1SL=^L8SL=XSR=^L8SR=Q F.L4+^Q F. ^L8电路图如下：5.2花型演示电路由二片161级联的模128（三种花型节拍每种显示两遍，再总体重复一遍的总节拍数）计数器。

161的级联用的是同步，并用^QH清零。

当三种花型全新显示一遍后（总共64拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的Q2（即Q G）信号输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。

161的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。

电路图如下：5.3 节拍控制电路由一片151和一片74级联实现。

整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。

令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。

令151的B,C,G’,GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QG输出。

所以Y端的输出就为：Y=C P·^A+Q·A(Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。

也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。

所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。

A端接的是161的高位片的QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。

电路图如下:5.4 时钟信号电路由一片555加上适当电容及电阻实现。