八路移位型彩灯

综合电子课程设计报告

院 系 信息工程学院 专 业 电子信息工程 学 号 AP090 学生姓名 指导教师

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八路移位型彩灯

一、题目的要求和意义：

要求：设计一个8路移位型彩灯，实现两种花型的变换。由二片移位寄存器194级联，八个输出信号连接8个发光二极管，用其输出信号控制发光二极管的亮灭控制花型演示。

二种花型变换样式

花型1：八路灯分两半，从左到右渐亮，全亮后，再分两半从左到右渐灭。 花型2：从中间到两边对称地依次渐亮，全亮后，再从中间到两边依次渐灭。

八个节拍一个花型，用161控制节拍。

意义：在日常生活中，我们经常会在节日庆祝、群众联欢及各种晚会中看到漂亮的彩灯，这种多彩灯控制器电路可靠性，灵活性高，适用范围广，特别适合中小城市的交通灯，霓虹灯等的应用。而且，它对其他类似系统的开发具有一定的借鉴意义。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。彩灯广泛应用于流水灯、跑马灯等。更大的现实意义是LED彩灯广泛应用于商业街广告灯，也为歌厅酒吧等。具备着广泛的市场前景。

那么这些小彩灯是怎么样完成各种花样的变化呢？为此，我们设计了八路彩灯的逻辑控制电路，八个彩灯将实现二种或两种以上花型变换样式过程，分别为从左到右依次点亮，各一秒；全亮后，再分两半从左到右渐灭，再从中间到两边对称地依次渐亮，全亮后，再从中间到两边依次渐灭。以16秒为一个周期。本次设计通过两片集成双向移位寄存器74LS194和计数器74161、74ls04控制右移，左移和让其全亮全灭和一个由555芯片构成的CP，彩灯为8个LED发光二极管。这样，一个简单的漂亮的八路彩灯就设计出来了。

二、 总体方案设计：

2.1系统逻辑框图 如图（1）所示，它由三部分组成

图一

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2.2设计的方法

首先确定所有的芯片都是上升沿有效。

(1)CP产生电路：由1个555定时器，两个电阻分别是4.7k，150k和两个电容分别是0.01uf,10uF构成的多谐振荡器，它所产生秒脉冲主要是提供给74LS161和74LS194这两个芯片。

(2)彩灯控制电路：由计时器74LS161，74LS04组成。首先对于74LS163的CP端接555的输出端且它输出端Q2接74LS04的CP端,对于74LS190，它的Q1,Q2分别接74LS194的S0,S1。分析到第一个过程要求八个灯分两组从左到右依次点亮，各一秒，共四秒，再从右向左逐次熄灭，共四秒；第二个过程要求八个灯分两组从中间向两边依次点亮，各一秒，共四秒，再从两边向中间逐次熄灭，共四秒；整过过程耗时16秒为一个周期。，这样就要将555提供的秒脉冲每个过程都延时至16秒，用来提供延时16秒脉冲，即是74LS161到第8个上升沿时，使74LS04转到下一个状态。

(3)彩灯演示电路：由2片寄存器74LS194实现。八个输出信号端连接八个保护发光二极管和八个发光二极管，第一个芯片的Q3端连接到第二个芯片SR端,第二个芯片的SL端接地且Q1端接到第一个芯片SL端。第二个芯片的Q3同时接到8个输入端D0~D7。 寄存器输出状态编码表；

节拍 1 2 3 4 5 6 7 8

花型1 L1L2L3L4 L5L6L7L8 00000000 10001000 11001100 11101110 11111111 01110111 00110011 00010001 花型2 L1L2L3L4L5L6L7L8 00000000 00011000 00111100 01111110 11111111 11100111 11000011 10000001 三、具体电路的设计： 3.1器件选择；

3.1.1：计数器74LS161芯片的介绍:

74ls161引脚图与管脚功能表资料

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74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：

<74ls161引脚图>

管脚图介绍：

时钟CP和四个数据输入端P0~P3 清零/MR 使能CEP，CET 置数PE

数据输出端Q0~Q3

以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)

输 入 输 出 CR CP LD EP ET D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф 0 0 0 0 1 ↑ 0 Ф Ф d c b a d c b a 1 ↑ 1 0 Ф Ф Ф Ф Ф Q3 Q2 Q1 Q0 1 ↑ 1 Ф 0 Ф Ф Ф Ф Q3 Q2 Q1 Q0

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1 ↑ 1 1 1 Ф Ф Ф Ф 状态码加1

<74LS161功能表>

从74LS161功能表功能表中可以知道，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= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。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。

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3.1.2：计数器74LS04的介绍:

74LS04是6非门(反相器)他的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0，平时在使用中请注意不要芯片的管脚顺序搞错了，下面是芯片的管脚图

<74ls04引脚图>

3.1.3双向寄存器74LS194的介绍：

74LS194引脚图（4）

引脚图如图（4）所示： CLOCK 时钟输入端；

CLEAR 清除端（低电平有效）； A－D 并行数据输入端； DSL 左移串行数据输入端； DSR 右移串行数据输入端； S0、S1 工作方式控制端； QA－QD 输出端。

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逻辑功能如表（4）所示。

逻辑功能表（4）

由上表（4）可知：

1.清零功能

当CR =0时，双向移位寄存器异步清零。 2.保持功能

当CR =1时，CP=0或M1=M0=0时，双向移位寄存器保持状态不变。

3.并行送数功能

CR=1、M1=M0=1时，CP上升沿可将加在并行输入端D0~ D3的数码d0~d3送入寄存器中。 4.右移串行送数功能 当CR =1，M1=0，M0=1时，在CP上升沿的操作下，可依次把加在DSR端的数码从时钟触发器FF0串行送入寄存器中。

5.左移串行送数功能 当CR =1，M1=1，M0=0时，在CP上升沿的操作下，可依次把加在DSL端的数码从时钟触发器FF3串行送入寄存器中。

3.1.4．555定时器的介绍：

555定时器构成的多谢振荡器 电阻取 ：150k 4.7k 电容取 ：0.01uF 4.7uF

Cp的脉冲频率 ： f=1/0.7*（R1+2R2）*C=1HZ

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555图（8） 555引脚图（9）

图（8）为555定时器构成的多谐振荡器作为时钟信号电路，产生脉冲CP。由一片555加上适当电容及电阻实现,电阻分别是4.7k和150k，电容分别是0.01uf和4.7uf。可以通过调节电阻的阻值或电容的值，来改变矩形脉冲。

图（9）是555的引脚图，及功能。

1地GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限（阈值） 7放电 8电源电压VCC 3.2各功能电路实现原理及电路分析模块

3.2.1 彩灯演示电路

由2片寄存器74LS194实现。八个输出信号端连接八个保护二极管和八个共阴极发光二

极管，第一个芯片的Q3端连接到第二个芯片SR端,第二个芯片的SL端接地且Q1端接到第一个芯片SL端。第二个芯片的Q3同时接到两个芯片共8个输入端，D0~D7.实现第二个片子依次点亮的功能。

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演示电路原理图（5）

3.2.2彩灯电源电路

3.2.3彩灯总体仿真电路

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四、电路性能测试与结果分析：

原理图：

Pcb图

五、调试过程遇到的问题与解决的方法：

1、连接电源，却是没有任何的反应。

解决方法：重新审视自己在焊接过程中是否有错误或者有没有漏焊元件情况，结果发现有元件没焊接上，甚至由于转印时没转的很好给弄断的线条没用焊锡连接上。 2、检查后，有灯亮，但不符合要求，并且没有转换花型。

解决方法：用万能表去检查电路，结果发现时钟输出不符合设计的要求，重新检查555时钟电路发现所用的电容不对，本应是4.7uF的结果用了47uF，重新换上后终于可以出现要求的花型。

3、操控复位键后发现复位键只是起开关作用，没起到复位作用。

解决方法：重新审查自己设计的电路发现设计时出现了问题，把复位键的作用变成了开关

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的作用，为解决这一问题，请教了同学后，把74LS194中的复位端直接接上到复位键上是可行的。

六、课程设计体会:

从本次课程设计中我收获了很多,可以总结为以下几点.

第一，巩固数电知识和电子设计理论和实践方面的知识，加深了对555时钟电路、74LS161计数芯片、74LS194双向寄存器、74LS04反向器方面知识的理解，锻炼了自己的动手能力，也从一定程度上巩固了ISIS 7 Professiona仿真软件、altium desingener等软件的应用，亦同时加深了对电子系统的理解，学会怎么去设计完成一个电子系统。通过这次电子系统设计的学习，学到了很多关于，受益匪浅。在课程设计中，不仅从初步方案到故障排除，电子系统的设计是要理论和实际动手联系起来，才能完成。这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识次学习。我在最开始

在整个实习过程中

都离不开对数字电路课程知识的再

就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾一遍。这样的回顾让我对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。 第二，学会用电路板、

对知识的理解更加透彻

芯片、导线等组装各种功能的电路，虽然这不是第一次用电路板，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容没用充分利用此资源。在这次的课程实验设计里，我查阅资料，图表和文献资料，通过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，巩固和加深对电子方面的理论知识，特别是对于数字电路的逻辑知识的理解，锻炼自我的动手能力。这次的课程设计中应用了整个板子，对电路板的组成又了解了许多，并能熟练运用。设计中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局如何更好地放置芯片在最合适的位置。在导线的连接上如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路的简捷。第三，和同学共同合作、相互学习、共同进步 在设计过程中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题请教同学或老师是很好的做法节省时间也会从别人身上学到更多。

七、参考文献:

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1) 百度百科

2）徐秀平主编·数字电路与逻辑设计M·北京：电子工业出版社，2010.7 3）廖惜春主编，模拟电子技术基础M.武汉.华中科技大学出版社，2008.1

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