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2 / 21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)3 / 21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4 / 21 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。

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；方案二：并第四块实现时钟信号的产生。

第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；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：《数字电路与逻辑设计》王淑银主编的时钟信号电路：参见高等教育出版社;）aP404课本图10-3-6（ 1614花型控制电路：由位二进制同步计数器完成； 195 花型演示电路：由双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；5 / 21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都是节拍控制之后的。

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13所以三种花型完全显示一遍需要的总结我的设计是每种花型完整显示两遍，显示第三33~64显示第一个花型，17~32显示第二个花型，拍数为64，即1~16个花型。

和、一句节拍S0S1、实现三个花型的连续显示必须对两片要用194194的个低位片输出16161的输出反馈来控制经过观察每的变化进行相应的改变,通过194Q6去控制,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q4Q1—变化比较频繁和高位分为低位片1S0的变化从而实现滑行的变化。

现将两片194的、、S1、、S1。

列出各花型和其对应的194的片2，再将其输出端从低位到高位记为L18表示列出卡诺图分析 194低位片10 1^L8 1 0 X 0 0 0XX 11.S1 ^ ^L811 0X^L8 0 0 0 1^L8^L8 111 1)^Q ^L8^ ( .F194高位片0 1 1 0 ^L8^L8 0 0 X X 1 L4 1 X X X L4 4.^L8+ ^0 0 1 110 01S0=1 S1=0以、S0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S1161用去—表示和^L8控制。

、及串行输入端的由161的输出端和本身输出端L4电路图如下：5.2花型演示电路9 / 21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^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Q（即）信号输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路2改变第二遍花型显示的频率。

161的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，，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'接低电平，接高电平，D0接时钟信号的脉冲，A端接由花型控制电路的输出。

所以Y端的输出就为：·^·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脉冲慢了一拍。

10 / 21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的高位片的即当到达第64拍时为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。

电容取：4.7μf0.01μf电阻取：150 kΩ 4.7 kΩ电路图如下：11 / 216.总体电路图注:由于仿真画图时芯片复杂，产生电路产生用电源代替（已试验，可以等效）。

12 / 217.各个单元电路输入输出波形1．基本脉冲产生电路波形图与分频电路波形图2. 测试波形: (列依次为脉冲,低位片194,高位片194即)花型一：花型二：13 / 21花型三：14 / 218.电路调试用194去实现一个花型很简单，如果是三个分开也难，但是本次设计要同时实现三个花形，是通过151来选择吗？是手动吗？手动有些不切实际。

经过思考没有得到解决，只觉得161的计数器如果不去反馈控制194的变化，那么它的存在价值不大，接下来我看了一些参考书籍，大概有了自己的思路，于是开始设计，我用了<<数字系统设计——数字电路课程设计指南>> （北京邮电学院出版社高书莉编）所提供的前两种，第三种是我自己设计的。

所以刚开始的几天就一直在想怎样将三种花型衔接起来，但是书中介绍比较组略，只知道S1、S0、、不是直接输入的。

还是在思考一下，如果给161和194的是同步的那么就每来一个上升沿161计数一次同时194的变化一次，每个花型需要的脉冲数是固定的，也就是说只要通过计数器的反馈就可以控制滑行之间的转换。

但是161的输出端有8个，具体怎么控制呢？想不通的，就回归到数电中设计的基本思路，列出状态转移表，来找规律。

通过观察终于成功用两个161的输出端来反馈，这样电路就非常简单了，还能实现功能。

好不容易设计好了，却发现与非门和非门不够用，还有哪里可以化简呢？对，194输出端反馈，两个片子串行输入端有时输入的是一样的，还可以进一步简化，着用就用了最少的与非门和非门实现。

由于已经设计好，便开始进行最近单元——脉冲产生电路。

因为书上有完好的电路图直接照着连就行。

可是问题并不是想的那么简单，因为我一开始操作就不知道怎样布线才合理，常出现看着电路图不知道这条线该走哪儿连过去，看过老师的示范电路板的布线后，自己也那样连线，尽量走直线。

连完时钟电路后，满以为会很成功，因为我的电路连得很简洁。

结果是加电后二极管居然常不亮，检查电路没什么问题，我开始不知所措，万用表电池还么有配备，因此无法检测哪里出错了，于是我把电路重新连了一遍。

布线特别的好，后来老师看到还说我做得好，可是连接电源，还是不行。

于是去咨询其他同学，她也有类似问题，换一个555就行了，于是我也换了55芯片，就好了。

可是第三天再加上电源又不对了，二极管居然常是常亮，检查电路没什么问题，而且好多同学都有和我一样的问题，有同学说那可能是线的而问题，也可能是板子的问题，也可能是电容的正负极插反了…不管是什么问题，一个个排除吧。

最终其实也没很确切的知道问题的所在，因为不同的方法都在试具体是哪个15 / 21 也不确定了。

我觉得最可能是电容的正负极和的插稳与否的问题。

于是我检测了电路测试了电位，都正确。

老师过来看时让我加电他看看，结果居然是我给的电压太高了，我在加电是不小心把电压调的太高了，自己还没意识到那个问题，幸好没把芯片烧坏。

在接下来的几天中似乎对电路着迷了，放学了也继续做，一个模块一个模块儿的实现，在电路组装过程中，看到遇到的最大问题是，芯片分布不够合理，无法很好的布线。

于是在分析了我的设计后计算了要用芯片的个数和个芯片之间的关系，按照各个控制电路的走向较合理的插好了芯片。

其次就是布线，因为要求不准交叉，且横平竖直，所以在保证连通的情况下，在布线上也下了不少工夫，做到了我所见过的电路里最清晰和整齐的，对于检查和排错非常的方便。