彩灯循环控制器课程设计

1、5 / 9摘 要本课题设计彩灯循环控制器，由于条件的限制，课程设计中的电路设计及彩灯亮灭的情况，主要以Multisim11仿真软件来进一步的完成设计任务。彩灯亮灯情况分为三个节拍第1节拍：逐次渐亮，灯亮时间1s，共用4s；第2节拍：4路彩灯按逆序渐灭，也需4s；第3节拍：4路彩灯同时亮0.5s,然后同时变暗0.5s,要进行4次,所需时间也为4s，3个节拍完成一个循环。完成四路彩灯循环显示功能需要有分频器、节拍控制器、节拍程序执行器及脉冲源等电路。关键词：四路彩灯显示器、信号发生器、脉冲发生器、循环控制器目 录第一部分 设计任务第1页第二部分 设计方案第2页第三部分 电路设计第3页第四部分 整体

2、电路图的仿真测试及性能检测第4页第五部分 收获与心得体会第5页第六部分 参考书目第6页彩灯循环控制器的设计第一部分 设计任务 1.设计目的是熟悉中规模计数器的逻辑功能，掌握技术、译码电路的工作原理及应用，熟悉移位寄存器的工作原理、典型应用和调试方法。 2.设计任务与要求是设计一个四路彩灯循环控制器，设计要求如下：第一节拍：四路彩灯从左向右逐渐亮，灯亮时间1s，共用4s；第二节拍：四路彩灯从右向左逐渐灭，也需4s；第三节拍：四路彩灯同时亮0.5s，然后同时变暗，进行4次，所需时间也为4s。第二部分 设计方案根据课题设计要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯输出电路。时钟

3、脉冲产生电路由74LS163分频实现,循环控制电路也由74LS163实现，彩灯花样输出由74LS194和相关逻辑电路实现。四路彩灯既有四路输出，设依次为 Qd ，Qc， Qb，Qa。若“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，由课题要求可知四路彩灯显示系统要求如下表1所示的输出显示。此次课设题目为彩灯循环控制器的设计，也就是一种四路循环灯控制器。彩灯点亮方式为第1节拍：逐次渐亮，灯亮时间1s，共用4s；第2节拍：4路彩灯按逆序渐灭，也需4s；第3节拍：4路彩灯同时亮0.5s,然后同时变暗0.5s,要进行4次,所需时间也为4s，3个节拍完成一个循环。设计原理图如图1所示。图1：设计原理图图2：四路彩灯控制

4、系统结构框图在实现电路中时，其中脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为1Hz的时钟信号；分频器将1Hz的时钟信号四分频，用以产生0.25Hz（即4S）的时钟信号；节拍控制器产生三个节拍循环的控制信号；因为74LS194为四位双向移位寄存器，具有左移、右移、并行置数和保持等功能，而74LS163为同步二进制计数器。所以分别采用2片74LS163和一片74LS194芯片以及部分逻辑门来实现四个节拍。同时亮0.5s、同时灭0.5s可考虑把1Hz的秒脉冲信号直接加到输出显示端来完成。显示电路完成系统循环演示的指示，可以用发光二极管模拟。由下表可知，可以选用模12计数器作为分频器，起节拍产生和控整理用，

5、每4s一个节拍，3个节拍共12s后反复循环。要实现模12计数器的话用74LS163（当然在实际操作中可以用161代替74LS163，因为74LS163的引脚排列和74LS161相同）。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮、渐灭同时亮、同时灭等功能。彩灯输出时间及显示控制如表1。 表1 四路彩灯输出显示说 明输 出所用时间 Qd Qc Qb Qa开机初态0 0 0 0 第一节拍逐次渐亮1 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 11s1s1s1s第二节拍逆序渐灭1 1 1 01 1 0 01 0 0 00 0 0 01s1s1s1s第三节拍同时亮0.5s，然后同时

6、灭0.5s，进行四次1 1 1 10 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 10 0 0 01 1 1 1 0 0 0 00.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s每个节拍中的灯亮时间则由一个函数信号发生器接到各芯片的时钟控（CP端）来控制，调节函数信号发生器的频率来调节时间。根据实验目的、实验原理和个芯片的功能完成实验电路的设计，并采用Multisim11仿真。综上所述，要完成四路彩灯循环显示功能需要有分频器、节拍控制器、节拍程序执行器及脉冲源等电路。第三部分 电路设计本次实验所用到的仪器有一片74LS194芯片、两片74LS163芯片、函数信号发生器、直

7、流电源、逻辑门、发光二极管等。通过线路连接，做出仿真电路如图3所示：图3仿真电路图第四部分 整体电路图的仿真测试及性能检测1、 电路的安装调试实验仪器：数字电路实验箱，74LS163两个，74LS194一个，信号发生器，74LS20一个，74LS04四个，导线若干条。检查线路连接，调好脉冲为1Hz无误后启动系统按开始按钮, 自动从初始状态按照规定程序完成3个节拍的循环演示。彩灯点亮方式为第1节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮。第2节拍：四路彩灯从右向左逐渐灭。第3节拍：四路同时亮然后同时灭，则实验任务完成。2、 性能指标测量及记录 打开开关得到仿真结果如图4所示： 初始状态 01s 12s 23s

8、 34s 45s 56s 67s 78s 88.5s 8.59s 99.5s 9.510s 1010.5s 10.511s 1111.5s 11.512s 图4仿真运行结果性能检测结果如上图4所示仿真结果达到实验目的和实验要求说明实验成功。 第五部分 收获与心得体会 数字电子技术课程设计从两个方面来锻炼我们，第一是加强大家对数字电子技术基础的熟悉、对课本知识的复习，第二是对我们动手能力的考验和锻炼，通过这次课程设计我学到了应该怎么样把书本上的理论知识应用到实际生活中去，本次我做的是彩灯设计，在这以前总以为这彩灯能有规律的闪亮很是高深莫测，现在我没有了这种想法了，因为这个彩灯我也可以自己做了，这

9、次课程设计让我知道了平日里我们课堂里所学的理论知识不是没有用而是很有用，只有它才能指导我们如何去实践。我在这次的设计里的收获和体会是比较多的，大致总结如下：要学会搜集和查阅资料。对于我们接触的许多东西，我们可能是没有学过的，甚至没有见过的，我们要学会从各种渠道去搜集关于这个方面的知识，去学习它，知道可以应用它。如何完成一个任务。对于我们接触到一个任务时，我们要学会将这个任务进行转化，也就是尽量转化到我们熟悉的知识上来。当我们完成任务的转化后，还要学会分解任务，也就是要清楚，我们要完成这个任务要分为那几个部分，就象这次彩灯的设计要分解为计数器、译码驱动器和显示器三个小任务，然后再各个任务击破。对

10、于我们在做事过程中发现的问题要冷静的思考，不要盲目的进行。有一些问题当你好好思考一下时，就会发现是一个很好解决的问题。而盲目的进行，只会是浪费时间没有效果。在一些实际的操作过程中，要学会去尝试自己的想法，不要局限于书本。也就是学会一点创新精神。这次课程设计中我学会了怎么样去设计，怎么样把仿真电路应用到实际电路中去，而且我的分析故障能力有了很大的提高，懂得了怎样去分析故障，把故障一一的去击破。总之，在这次设计过程中所得到的体会，在过去是没有过的，在书本是也是无法找到的。所以，感谢老师对我的悉心指导，每次不管问什么问题，老师都很耐心的指导，在这里我也感谢我们组的组员，是大家的合作和和配合，才能完成课设。总之我觉得这样的实践对我们现在的学习以及以后的工作都是很大的帮助，而且对我分析问题的方法也有很大的帮助，使我考虑问题更周到，更全面。而且在这次的课程设计当中，我们组的两位同学都积极参与，合作十分愉快。我在以后的学习、工作中一定会把这次的体验加以发扬光大。我相信我以后可以做的更好！最后我再次感谢我的指导老师史老师，谢谢她在这两周对我的悉心指导让我能够顺利完成任。第六部分 参考书目1杨颂华，冯毛官等.数字电子基础M.西安电子科技大学出版社，2009.2尹勇，李林凌.Multisim电路仿真入门与进阶M.北京：清华大学出