摘要流水彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。

本次设计的流水彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。

本次课程设计要设计一个流水彩灯控制器（用8只发光二极管显示，至少三种工作方式）。

首先要分析设计要求，从要实现至少三种工作方式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，从它的右移输入端控制来实现它的流水彩灯的变化。

要控制流水彩灯的变化，可通过一个八位拨码开关，八选一数据选择器74LS151，模十六加法计数器74LS161来实现。

时钟信号由一个555产生，产生周期可由一个滑动变阻器控制。

而彩灯的变化可由拨码开关自行选择。

经实验验证，所设计的流水彩灯控制器能完成题目要求。

关键词 : 时钟脉冲；分频；移位寄存器；数据选择器；拨码开关；目录摘要 (1)1设计课题与要求 (3)1.1设计方案选择 (3)2 系统模块组成 (4)2.1系统组成框图 (4)2.2各模块的组成与功能分析 (4)3 单元电路设计与计算 (5)3.1时钟脉冲产生电路 (5)3.2单种码产生电路 (7)3.3拨码开关控制电路 (8)3.4输出电路设计 (10)4 整机电路设计 (12)4.1整机电路工作原理 (10)5 组装调试 (13)5.1仿真过程 (15)6 总结 (15)结论 (16)参考文献 (16)附录1 流水彩灯控制器原理总图 (17)附录2 PCB总图 (17)附录 2 元器清单 (18)1 设计课题及要求（一）题目：流水彩灯控制器（二）基本要求：1、用8只发光二极管显示。

2、至少三种工作方式。

1.1 方案选择利用数字芯片实现。

用555做时钟信号，用模十六加法计数器74LS161的输出端的最高位Q3接到移位寄存器74LS164的输入端可以实现1111111100000000码，模十六加法计数器74LS161的输出端的Q1 Q2 Q3接到八选一的数据选择器74LS151的选择控制端。

74LS151的八个输入端都接到八位拨码开关，由拨码开关和控制端控制输出端，输出端接到移位寄存器74LS164的输入端。

而移位寄存器74LS164的输出端接8只发光二极管，可以实现流水功能，并有多种工作方式。

如图3-1所示。

图3-12 系统模块组成2．1系统组成框图四花样彩灯设计可先对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：时钟电路、单种码产生电路、拨码开关控制电路、数据输出，设计框图如图2-1所示。

图2-1 系统组成框图2.2各模块的组成及功能分析1.时钟电路：由一个555和电阻电容组成，构成一个多谐振荡器，周期为可调，控制计数器和移位寄存器。

2.单种码产生电路:由模十六加法计数器74LS161可产生。

3.拨码开关控制电路：八位拨码开关和八选一数据选择器74LS153组成，模十六的计数器74LS161的三个输出端接数据选择器的地址输入端，就能按二进制译码，从拨码开关控制8个输入端D0——D7,选择一个需要的数据送到输出端Y。

4.数据输出电路：由八位移位寄存器74LS164和八个彩灯与电阻组成，选择输出的每一种码输入到寄存器的数据输入端，使码在寄存器的八个输出端自左向右移动，实现彩灯的变化。

3 单元电路设计与计算3.1 时钟脉冲产生电路时钟脉冲产生电路由NE555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定时器再波形的产生与变换、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，555芯片管脚图如图4-1所示。

图4-1 NE555定时器555定时器内部机构如图4.1所示，它主要有以下部分组成：(1)电阻分压器。

由3个5 KΩ的电阻组成。

(2)电压比较器。

由C1和C2组成，当控制输入端悬空时，C1和C2的基准电压分别是2/3Vcc 和1/3Vcc。

(3)基本RS触发器。

由两个与非门G1和G2构成，对两个比较器输出的电压进行控制。

(4)放电三极管VT。

VT是集成极开路的三极管，VT的集成极作为定时器的引出端D。

(5)缓冲器。

由G3和G4构成，以提高电路的负载能力。

引脚功能:1脚位接地端；2脚是低电平触发端入端；3脚是输出端；4脚是复位端；5脚是电压控制端；6脚是高电平触发端入端；7脚是放电端；8脚是电源端。

时钟电路案例图如图4-2所示。

图4-2 时钟电路案例（数据可变）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 1+2R 2)C555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：R 1=20K Ω R 2=2.2K Ω（可变） C =100μf由公式计算得：T =1.72s时钟电路的输出一路作为计数脉冲送到模十六计数器74LS161；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器74LS164。

工作原理:多谐振荡器的输出波形图，如图4-3所示UAL图4-3 多谐振荡器的输出波形接通电源后，VCC经R1，R2给电容C充电。

由于电容上电压不能突变，电源刚接通时Vc=0，当Vc上升到大于Vcc／3时，RD=1，SD=1，基本RS触发器状况不变，即输出端Q仍为高电平，当VC上升到略大于2VCC／3时，Rn=0，SD=1，基本RS触发器置0，输出端Q为低电平。

这时Q=1，使内部放电管饱合导通。

于是电容C经R2和内部放电管放电，Uc按指数规律减小。

当Vc下降略小于Vcc／3时，内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，基本RS触发器置1，输出高电平。

这时，Q=0，内部放电管截止。

于是C结束放电并重新开始充电。

如此循环不止，输出端就得到一系列矩形脉冲。

3.2 单种码产生电路单种码产生电路是由74LS161构成十六位计数器产生，模十六计数器74LS161芯片管脚图如图4-4所示。

图4-4 74LS161管脚图74LS161具有以下功能：(1)异步清零。

当RD＝0，不管其他输入端的状态如何，不论有无时钟CP，计数器输出将直接置零(Q D Q C Q B Q A)=0000，称为异步清零。

(2)同步并行预置数。

当RD=1，LD=0时，再输入脉冲CP上升沿的作用下，并行输入端的数据dcba被置入计数器的输出端，即(Q D Q C Q B Q A)= dcba。

由于这个操作要与CP上升沿同步，所以称为同步预置数。

(3)保持。

当RD＝LD=1，且EP*ET=0，则计数器保持原状态不变。

这时，如EP＝0、ET=0，则进位信号Oc(Oc= Q D Q C Q B Q A ET)保持不变；如ET=0则不管EP状态如何，进位信号Oc=0。

(4)计数。

当RD＝LD=EP=ET=1时，在CP端输入计数脉冲作用下，计数器进行二进制加法器计数。

产生的码为1111111100000000，可实现灯从1～8从00左到右逐次点亮，然后逐次熄灭3.3 拨码开关控制电路拨码开关控制电路由模十六加法计数器74LS161，,8位拨码开关，八选一数据选择器74LS151组成，74LS161我们已经介绍过了，8为拨码开关如图所示，八选一数据选择器74LS151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图所示，功能见表。

选择控制端（地址端）为C～A，按二进制译码，从8个输入数据D0～D7中，选择一个需要的数据送到输出端Y，G为使能端，低电平有效。

（1）使能端G＝1时，不论C～A状态如何，均无输出（Y＝0，W＝1），多路开关被禁止。

（2）使能端G＝0时，多路开关正常工作，根据地址码C、B、A的状态选择D0～D7中某一个通道的数据输送到输出端Y。

如：CBA＝000，则选择D0数据到输出端，即Y＝D0。

如：CBA＝001，则选择D1数据到输出端,即Y＝D1，其余类推。

理ab126计算公式大全74LS151功能表:图1 74LS151引脚排列图工作原理：计数器控制数据选择器的地址控制端，拨码开关控制输入，可实现编码的人工控制。

3.4 输出电路设计输出电路由由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成。

位移位寄存器74LS164芯片管脚图如图4-8所示。

图4-8 74LS164管脚图当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA-QH）均为低电平，串行数据输出端(A，B) 可控制数据。

当A,B任意一个为低电平时，则禁止新的数据输入，在时钟端（CLEAR）脉冲作用下ＱＡ为低电平，当A、B有一个为高电平时则另一个就允许输入数据，并在CELAR上升沿作用下决定QA的状态。

74LS164的引脚功能：CLOC：时钟输入端；CELAR：清除端（低电平有效）；A、B：行数据输入端；QA－QH：输出端输出电路如图4-9所示。

图4-9 花样输出电路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控制电路输出的码，编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变化。

4 整机电路设计根据单元电路可得到整机工作原理图，如图5-1。

图5-1 流水彩灯控制器的整机电路图4.1 整机电路工作原理由以一个多谐振荡器输出脉冲信号，分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器的时钟脉冲CP端；数据从74LS161十六位计数器的输出端QA，QB，QC，QD输出，QD端直接接到移位寄存器的输入端，可实现单独码1111111100000000的变化，QA，QB，QC输入到八选一数据选择器74LS151的地址控制端A,B,C，数据选择器74LS151的输入端有八位拨码开关控制输入编码，输出端接到移位寄存器的输入端，用单刀双掷开关可控制电路的选择。

另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器的时钟脉冲信号输入端。

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。

最终，寄存器的数据输入端接收控制电路输出的编码，编码在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，输出流水彩灯变化。

5组装调试5.1仿真过程使用ISIS软件进行仿真。

仿真电路图为：当SW2开关选择单码控制电路时，可以实现灯1到8逐个点亮，再逐个熄灭。