正文-16路循环彩灯控制电路的设计

1、16路循环彩灯设计报告一、 课程设计的目的1、巩固和加强数字电子技术课程的理论知识。2、掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。3、掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用ewb软件或multisim软件对电路仿真。4、通过查阅手册和文献资料，培养独立分析问题和解决问题的能力。5、培养创新能力和创新思维。二、 任务的描述用中规模集成电路实现节日彩灯控制电路，主要用计数器、译码器、数据分配器和移位寄存器等芯片集成，本次设计特点是用双色发光二极管，能发出红色和绿色两种色光。有以下四种演示花型：花型1： 16路彩灯同时亮灭,亮、灭节拍交替进行。花型2：16路彩灯每次8路灯亮

2、，8路灯灭，且亮、灭相间，交替亮灭。花型3：16路彩灯先从左至右逐路点亮，到全亮后再从右至左逐路熄灭，循环演示。花型4：16路彩灯分成左、右8路，左8路从左至右逐路点亮、右8路从右至左逐路点亮，到全亮后，左8路从右至左逐路熄灭，右8路从左至右逐路熄灭，循环演示。要求彩灯亮、灭一次的时间为2秒，每256秒自动转换一种花型。花型转换的顺序为：花型1、花型2、花型3、花型4，演出过程循环演示。三、设计任务分析 根据任务要求，可将这次任务分成两部分，一部分是输出部分即数据子系统，可用移位寄存器实现外加一个定时器；另一部分是控制电路部分要用数据选择器。四、具体设计过程的描述 根据彩灯的亮灭规律，为了便于

3、控制，决定采用移位型系统方案，即用移位寄存器模块的输出驱动彩灯，彩灯亮、灭和花型的转换通过改变移位寄存器的工作方式来实现。16路彩灯需要移位寄存器模块的规模为16位，但为了便于实现花型4的演示花型，将其分为左、右两个8位移位寄存器模块LSR8和RSR8。 由于彩灯亮、灭一次的时间为2秒，所以选择系统时钟CLK的频率为05Hz，使亮灭节拍与系统时钟周期相同。此时，256秒花型转换周期可以用一个模128的计数器对CLK脉冲计数来方便地实现定时，定时器模块取名为T256S。 将整个系统分为数据子系统和控制子系统，根据它们各自的不同功能划分，上述两个8位移位寄存器模块LSR8、RSR8和256秒定时器

4、模块T256S显然属于数据子系统，实现数据子系统操作控制功能的部分即为控制子系统，控制器模块取名为CONTR。为了方便操作，设置一个加电后的手工复位信号RST。当RST有效时，将控制器模块CONTR置于合适的初始状态，使其从花型1开始演示；同时将定时器模块T256S异步清0，使计时电路一开始就能正常工作。循环彩灯的整体结构框图如下图所示：图表 1循环彩灯整体结构框图 框图中，CO为定时器模块T256S的时间到输出，实际上就是模128计数器的进位输出，当T256S处于127时，CO为1。DRDL分别为移位寄存器模块的右移和左移串行数据输入端，Ml、M0为移位寄存器模块的方式控制端。当MlM000

5、时，移位寄存器处于保持状态；当MlM0=01时，移位寄存器处于右移状态；当MlM010时，移位寄存器处于左移状态；当MlM011时，移位寄存器处于并行置数状态。根据规定的彩灯亮灭规律，导出系统控制器的ASM图，如图表2系统控制器的ASM图所示。其中，SRl6为2个8位移位寄存器模块LSR8和RSR8级联构成的16位移位寄存器，部分操作符号功能定义如下。 SLO：将括号内指定的移位寄存器模块左移1位，右侧位移入0。 SU：将括号内指定的移位寄存器模块左移1位，右侧位移入1。 SR0：将括号内指定的移位寄存器模块右移1位，左侧位移入0。 SRl：将括号内指定的移位寄存器模块右移1位，左侧位移入1。

6、设计控制算法时，要注意保证判别条件T0(即定时器T256S的时间到输出Co)只可能在判别它的状态下能够为1，否则，系统将不能正常工作。由于本系统中花型1、花型2演示一遍需要2个时钟周期，花型3演示一遍需要32个时钟周期，花型4演示一遍需要16个时钟周期，而每种花型演示时间为128个时钟周期，所以，只要加电复位后控制器处于So状态，定时器处于0状态，且控制器和定时器同步工作，在每种花型的第2个状态判断T0的状态可以满足时序上的要求。图表 2系统控制ASM图256秒定时器模块T256S可以用两片74163级联实现，由于模为128且需要产生进位输出，所以必须将两片74163级联为128进制的程控计数

7、器。对于两个移位寄存器模块LSR8和RSR8，可以用74198实现。细化数据子系统结构的控制图如下图所示： 我们可以根据循环彩灯的花型变换以及上述数据子系统列出74163的控制激励表：LD,B1,B0,A1,A0的表达式比较复杂，我选择用数据选择器实现，其数据选择表如下图所示：QCQBQA(LD)B1B0A1A000011111001T0111101011111011T01T01T0100R00101101T01T01T0110L00110111T01001根据上述数据选择表画出循环彩灯控制电路的控制器五、设计方案的确定 六、总结我认为自己在这次实习中收获很多。刚拿到题目感到很无措，但自知这是

8、课程要求，自己只能硬着头皮去做。上网查资料，可能是自己选择的方法不对找到的资料很少，所以自己又将课本译码器、数据选择器等一些芯片的组成和工作原理看了一遍，感觉当你带着目的去看书，就会有不一样的收获，才得到足够的资料。在确定了所选元器件后，我和同伴进行分工，我进行的是数据子系统部分相关的设计，而他则是控制子系统的相关设计。这样的分工合作让我受益颇丰，彼此进行交流会感到从对方那里学到了不少东西。由于是第一次使用对于有些功能还不是十分了解，对软件的应用不十分熟悉，使元件的排版和线路的布局不十分和谐。虽然在总体过程中进行的还算顺利但还是发现自己有许多的不足。我觉得自己对电子设计相关方面的了解所知道的真是太少了，在查资料时有时遇到的东西是自己从未听说过的，感觉自己就像个小