内蒙古师范大学计算机与信息工程学院《数字电路》课程设计报告
设计题目彩灯控制器电路设计
指导教师职称讲师
姓名
学号
日期2012/7/5
彩灯控制器电路设计
计算机信息与工程学院 2010级计科师范汉班柴宁娇 059
指导老师张鹏举讲师
摘要八路循环彩灯控制器整体电路由三部分组成：脉冲发生电路、移位寄存器、控制电路。
其中用时钟脉冲来启动电路，使其发出不同的频率产生不一样的脉冲，控制发光二极管，使电路更好的工作。
主要采用 74LS194 芯片接成扭环形结构的移位器来实现，最后做到两种花型的彩灯循环控制。
关键词脉冲发生电路；移位寄存器；控制电路；彩灯循环。
1 设计任务及主要技术指标和要求
设计任务
要求设计一个能够控制八路彩灯的逻辑电路。
主要技术指标和要求
(1) 要求彩灯组成二种花型。
花型可以自己设置。
例如：
花型Ⅰ——由中间到两边对称性依次亮，全亮后由中间向两边依次灭。
花型Ⅱ——8路灯分两半，从左自右顺次亮，再顺次灭。
(2) 要求两种花型交替出现。
2 工作原理
要想实现本实验，需要实际时钟产生电路，循环控制电路和彩灯左右移，及全亮全灭输出电路。
时钟脉冲产生电路由脉冲发生器产生连续的脉冲。
循环电路采用74LS161 ，74LS194实现彩灯的循环控制。
具体主要通过两片双向移位寄存器74LS194 来实现彩灯电路控制，通过脉冲发生器来产生连续时钟信号的输入，由74LS161计数器来控制信号的移动方向，实现左移，右移及亮灭的功能。
总体电路原理图如下：
图1：总体电路原理图
花型控制电路：由74LS161 4位二进制同步计数器完；
花型演示电路：由74LS194双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）。
3 基本组成
花型控制信号电路
由一片74LS161（两种花型每种显示一遍）计数器。
74LS161芯片用的是同步置数，并清零。
74LS161可预置四位二进制计数器(并清除异步)。
图2 集成计数器74LS161引脚图
时钟CP和四个数据输入端A,B,C,D。
清零CR，使能EP,ET，置数LD，数据输出端Q0-Q3，以及进位输出Rco = 1. (当Q0 Q1 Q2 Q3 = 1111->0000时)。
<74LS161功能表>
当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=1，当
Q0 Q1 Q2 Q3 = 1111->0000时。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
花型演示电路
(1) 由74LS194双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）。
当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QD）为低电平。
当工作方式控制端（S0、S1）为高电平时，在时钟（CLOCK）上升沿作用下，
并行数据（A－D）被送入相应的输出端QA－QD。
此时串行数据（DSR、DSL）被禁止。
当S0 为高电平、S1 为低电平时,在CLOCK上升沿作用下进行右移操作，数据由DSR送入。
当S0 为低电平、S1 为高电平时，在CLOCK上升沿作用下进行操作，数据由DSR送入。
当S0 和S1 为低电平时，CLOCK 被禁止。
图3 四位双向通用移位寄存器74LS194引脚图
(2) 74LS04 TTL 六反相器辅助移位
图4 六反相器74LS04引脚图
A为输入端，y为输出端(y是A的反变量)。
4 设计步骤及方法
首先是要实现花型的反复循环，一定是通过74LS161的循环计数功能达到这一功能。
利用Q3 Q2 Q1 Q0从0000到0111这八种状态变化，来控制花型Ⅰ——由中间到两边对称性依次亮，全亮后仍由中间向两边依次灭。
另外的1000到1111的八种状态控制花型Ⅱ——8路灯分两半，从左自右顺次亮，再顺次灭。
因此获得移存器输出状态编码表如下所示：
表1 移存器输出状态编码表
8灯自动往复循环：这需要对S0，S1有极为精确地控制，由花型Ⅰ得Q1-Q4 灯是一直执行左移功能的，Q5-Q8是执行右移功能的。
所以161的输出端Q3必须作为控制第一片194左移右移的控制端，即Q3一路直接接在S0端，另一路取反之后接在S1端。
当161的Q3 = 0时，此时第一片194的S0 = 0,S1 = 1.此时执行左移功能Q1-Q4灯输出为，0000，0001，0011，0111，1111，1110，1100，1000。
而第二片194 S0 = 1,S1 = 0。
Q5-Q8执行右移功能灯输出为0000，1000，1100，1110，1111，0111，0011，0001。
就实现了花型Ⅰ。
当161的Q3 = 1时，此时第一片194的S0 = 1,S1 = 0.此时执行右移功能Q1-Q4灯输出为，0000，1000，1100，1110，1111，0111，0011，0001。
而第二片194 S0 = 1,S1 = 0。
Q5-Q8执行右移功能灯输出为0000，1000，1100，1110，1111，0111，0011，0001。
就实现了花型Ⅱ。
两个74ls194串联，组成八位的移位寄存器，第一片的Q4端加非门连到SR，Q1端加非门连到SL；在161的前八种状态左移时候，SL端循环左移实现由0000到1111灯全亮，然后由1111到0000实现全灭；在161的后八种状态右移时候，SR端循环左移实现由0000到1111灯全亮，然后由1111到0000实现全灭。
第二片的Q4端加非门连到SR，一直实现由0000->1111->0000的转换。
设计原理图如下：
74LS04D
图5 设计原理图
5 设计所用器材
74LS161一片；74LS194两片；74LS04一片；面包板两块；万用表一个；
导线若干。
6 小结
历经小学期的三个星期，我和同伴终于将彩灯控制器课程设计完成。
经过这次实验，终于感觉到了理论与实际的差别还是很大的，最重要的是这
个过程非常的考验人，不仅仅是考察你的理论知识，动手能力，以及检查问题并
解决问题的能力，更是在考验一个人的耐心，细心。
在连接电路的过程中，丝毫
不得马虎，必须清楚的了解每个芯片的引脚图以及功能。
说实话，做这次实验确
实有点累，然而，当我开始清理自己的设计成果时，慢慢回味这三周的心路历程，
一种少有的成功喜悦即刻使消除了倦意。
在这次实验中，我们也遇到了许多问题，还要多多感谢老师和各位帮助过我
们的同学，因为你们，我们才如此顺利地完成了本次实验。
通过本次实验，我不仅巩固了课堂上学习的理论知识，掌握了常用集成电路芯片的使用，更加增强了我的动手能力，总之，这门课程使我成熟了许多，学习了许多。
在本文的写作过程中得到了张鹏举老师的精心指导，在此表示衷心的感谢。
参考文献
[1] 阎石主编.数字电子技术基础.高等教育出版社，1998.
[2] 房国志主编.模拟电子技术基础.国防工业出版社，2007，3.
[3] 邱关源主编.电路.高等教育出版社，2006.
[4] 蔡惟铮主编.电子技术基础 ( 数字部分 ).高等教育出版社，2005.
[5] 康华光主编.电子技术基础 ( 数字部分 ) .高等教育出版社,，2005.。