数字电子技术课程设计-多功能彩灯

1、1 综述本次数字电路课程设计内容是多功能彩灯控制器设计。随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能彩灯凭着简易，高效，稳定等特点得到普遍的应用。在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见，与此同时，还有一些城市采用不同的彩灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能彩灯的种类有很多种，所以多功能彩灯控制器的设计具有相当的代表性。多功能彩灯控制器设计就是设计一个循环可预置序列发生器，并用于控制彩灯的循环显示，不同的预置产生不同的视觉效果。2 总体方案的设计与分析1总体方案的设计经过分析问题及初步的整体思考，拟定以下二种方案：方案一：总体电路共分三大块。

2、第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制及节拍控制；第三块实现时钟信号的产生。主体框图如下： 花型演示电路花型控制节拍控制电路时钟信号电路图2-1方案二：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；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并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：花型演示电路花型控制电路节拍控制电路时钟信号电路图2-22总体方案的选择方案一与方案二最大的不同就在，前者将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起，是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因，且原理相对简单。如此设计，其优点在于：设计思想比

3、较简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。缺点则是：中间单元电路连线过于繁多，容易出错。且可能出现线与线关系。要避免这些，则势必造成门电路使用过多。导致电路不稳定，抗干扰能力下降。而方案二则将节拍控制电路与时钟信号电路两种功能融合在一块，利用两个不同频率的时钟信号交替提供脉冲输出，即可产生两种不同的节拍。其优点在于只要用两个555构成的多谐振荡器和一个D触发器就能够产生两种时钟信号交替输出。就这一块而言电路连线相对简单，又浅显易懂，所以我选择了方案二。3 单元电路的设计3.1 花型以及花型演示电路总共八个灯，1代表灯亮，0代表灯暗。表 3-1 花型aL1L2L3L4L5L6L7L8000

4、00000100000001100000011100000111100001111100011111100111111101111111111111110111111001111100011110000111000001100000010000000表 3-2 花型bL1L2L3L4L5L6L7L80000000000011000001111000111111011111111011111100011110000011000表 3-3 花型cL1L2L3L4L5L6L7L80000000010000001110000111110011111111111111001111100001110000

5、001由二片移位寄存器194级联实现。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。电路图如下：L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8根据不同花型的转换得出SR、S1、S0、SL的真值表如下所示（高位片如表 3-4所示，低位片如表 3-5 所示）：表 3-4SRS1S2SL00000×00×至01100101×01101至01111×10010000至10100×10110101至10111001×11000至11100101×11101至11111×100SRS1S2S

6、L00000至00100001×00101至01000101×01001至01111×10010000至10100101×10101至10111×10011000至11100×10111101至11111001×表 3-53.2 花型控制信号电路由二片161级联的模32（三种花型节拍总数）计数器（计数器用异步清零法设计）加D触发器实现。将其几个输出信号加上适当门电路产生三种花型所需的输入信号。电路图如下所示：3.3 交替节拍控制电路由两片74LS161和一片74LS74D级联实现。将两片74LS161的输出信号连到D触发器的

7、脉冲输入端口，然后与两个555构成的多谐振荡器通过若干门电路实现两片555产生的时钟信号交替提供脉冲，整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。电路图如下:3.4 时钟信号电路由两片55加上适当电容及电阻实现。片一：电容取：0.01f 0.01f电阻取：50 k 50 k时钟信号频率为： f1=1/T1=1/ln2(R1+2R2C1=952HZ片二：电容取：0.001f 0.01f电阻取：50 k 50 k时钟信号频率为： f2=1/T2=1/ln2(R1+2R2C2=9520HZ电路如下图所示：4 总体电路图总体电路图如下图所示：5 使用元件设计所需的元件：74LS161（四位二进制同步

8、计数器） - 2个74LS194（移位寄存器） -2个74LS74D（D 触发器） - 2个74LS08D（双输入与门） -7个74LS32D（双输入或门） -6个74LS04D （非门） -9个74LS11D（三输入与门） -2个74LS22D（四输入与非门） -1个74LS10D（三输入与非门） -1个74LS30D（八输入与非门） -2个发光二极管 -8个电容：0.001f -1个0.01f -3个电阻：50k -4个200k -8个实验板一个万用表一个导线若干6 电路仿真6.1 电路仿真波形图 6-1 L1仿真波形输出图 6-2 L2 仿真波形输出图 6-3 L3 仿真波形输出图 6-

9、4 L4 仿真波形输出图 6-5 L5 仿真波形输出图 6-6 L6 仿真波形输出图 6-7 L7 仿真波形输出图 6-8 L8 仿真波形输出6.2 仿真过程中遇到的问题及解决方法在电路仿真过程中，遇到的最大问题是，当时设计时考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多“特长线”，甚至是无法再布线的情况。当时已经布线不少，不可能重新开始，再三权衡，最后只移动了一个芯片，问题就得到了很大改善。7 分析与心得课程设计刚开始，拿着选定的题目不知如何入手。毕竟课程设计不同于实验课，电路图都要自己设计。静下心来，仔细分析题目，再加上指导老师的说明与提示，心中才有了谱。将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合即可。在设计过程中，既有用过的芯片，又有没用过的，只能自己查表，分析功能。即学即用。最后调试阶段，哪怕一个小小的错误也会使结果出不来。只好一条线一条线地查，一个孔一个孔地测。结果终于出来了，又发现有的地方还应改进。如快慢节拍不是很明显，花型比较简单，且555产