移位器型彩灯控制-答辩专用

1、电子技术综合实验电子技术综合实验 移位寄存器移位寄存器型彩灯型彩灯控制器控制器 电气电气1206 谢文强谢文强 1121200224一、设计任务一、设计任务 1要求采用移位寄存器设计一个彩灯控制器。 2要求三种变换花型。以某种节拍按一定规律改变彩灯的输入电平值，控制彩灯的亮与灭，按预定规律显示一定的花型。花型1：8路彩灯从左至右顺次渐亮，全亮后逆序渐灭；循环两次。 花型2：8路彩灯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3：8路彩灯分两半，从左至右顺次渐亮，全亮后则灭，循环三次。花型真值表如下：3三种花型先以慢节拍显示一遍，再以快节拍显示一遍，构成一次大循环，

2、然后重复。当然也可以相反。节拍顺序编码 QA QB QC QD QE QF QG QH花型1花型2花型301234567891011121314150 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 0 0 01 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 01

3、 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 00 0 1 1 1 1 0 00 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 1 11 1 0 0 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 0 0 01 1 0 0 1 1 0 01 1 1 0 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1二二设计思路设计思路1、原理构架节拍产生电路+选频电路+编码电路+彩灯电路+清零电路2、分模块设计模块器件节拍产生电路+选频电路74LS161 编码电路 逻辑门彩灯电路+清零电路74

4、LS194（1）节拍产生电路及选频电路三种花型循环一次需要16*2+8*2+5*3=63个节拍，再加上清“0”一拍，共64拍。三种花型若先以慢节拍显示一遍，再以快节拍显示一遍，这样构成一次大循环共需128节拍。快慢节拍的时钟电路框图如图3.1.2所示。节拍控制信号电路框图3.1.3所示，节拍控制信号时序图3.1.4所示。CP7=0时，移位脉冲CP为慢节拍CPL；CP7=1时，CP为快节拍CPH。所以能够选择快慢节拍的移位脉冲CP的表达式为：CP7的周期为128节拍。基于以上分析可知，每64拍完成一次三种图案的完整变换，并同时进行选频。因此，这里采用两片74LS161来产生00000011111

5、1共64个节拍，用两个时钟脉冲信号来分别产生不同的频率，另外用一片74LS161进行选频。 具体思路：（1）前两片74LS161用于产生64节拍，并采用反馈清零法（异步清零），第一片芯片表示 低四位，其输出端由低位到高位约定为CP1,CP2,CP3,CP4, 第二片芯片表示高两位，其 输出端由低位到高位约定为CP5,CP6。 （2）由于所选用的74LS161的时钟脉冲端下降沿有效，且前两片由于采用反馈清零法，每 64拍便会产生一个下降沿脉冲，因此，利用这个脉冲作为用于选频的74LS161的时钟 脉冲，因此用于选频的74LS161的最低为输出端便是128分频，即CP7。 （3）前两片用于计数的芯

6、片同步触发，共用时钟脉冲，共用清零信号。具体电路如下： 64拍产生+选频电路（2）逻辑控制电路具体节拍数与两片移位寄存器功能引脚的对应关系如下：寄存器1寄存器2节拍状态s1s0s右s左状态s1s0s右s左花形11-4右移011x保持00 xx5-8保持00 xx右移011x9-12保持00 xx左移10 x013-16左移10 x0保持00 xx17-32重复1-16重复1-16花形233-36左移10 x1右移011x37-40左移10 x0右移010 x41-48重复33-40重复33-40花形349-52右移011x右移011x53置零11xx置零11xx54-58重复49-53重复49

7、-5359-63重复49-53重复49-5364清零xxxx清零xxxx约定约定ABCDEFCP6CP5CP4CP3CP2CP1化简结果化简结果寄存器寄存器1寄存器2s1ACD+AB+ACDEF+ACDEF+CDEs1ACD+ABCDEF+BCDEF+ABCDEs0ACD+ABs0CD+As右右1s右A+D+Bs左左Ds左0 根据74LS194的功能表及以上对应关系，对移位寄存器功能引脚进行编码， 并利用multisim中逻辑变换器进行化简。具体逻辑电路： 控制信号实现电路 （3）彩灯实现电路及总清零电路彩灯实现电路： 两片移位寄存器的功能引脚按照以上的编码方式得出的结果进行正确的连接。 两片

8、移位寄存器与前述两片计数器同步触发，共同时钟脉冲，共用清零信号。清零电路：按照任务书的要求，清零电路要实现以下功能：系统总清零，用启动开关S控制。花型3每5拍清零一次。三种花型运行一遍即第64拍时总清零一次。这里，为了善用芯片的管脚及电路实现的方便，对于清零电路，擅自做了以下改变。编码时将花形3所要求的清零改为置零。三种花型运行一遍即第64拍时总清零一次，此处避免另外设计微分电路，直接用共用节拍产生电路 的反馈清零信号。为实现手动清零，将开关控制的清零信号与反馈清零信号相“与”。 具体电路如下： 彩灯+清零电路（4）将以上三部分电路连接在一起，即为总电路。总原理图如下： 移位寄存器型彩灯控制电

9、路三、总结或结论三、总结或结论1.复杂电路分模块化设计，便于理清思维，易于纠错。2.多变量化简问题，可以方便的用逻辑变换器实现，要善用所学知识，所掌握的软件。3.本次实验并没有完全按照任务书上要求进行设计，一方面是为了善用芯片，另一方面是为了简化电路，还有一方面是因为对任务书上的微分电路不甚懂。所以只好另辟蹊径。4.逻辑问题非常关键，如本设计中采用同步时序电路，所有芯片共用同一时钟信号、同一清零信号，就是为了避免异步时序电路所带来的不可估计的时延问题，这种问题在实物实验中千变万化，非常棘手，因此在原理图设计时应尽量避免。另外，在总清零电路中，由于计数器芯片和寄存器芯片共用同一时钟信号，同一清零信号，所以第64拍的自动总清零环节是同步的，不会出现逻辑上的抵触。但是，在增加手动系统总清零环节时，计数器与寄存器必须做到同时清零，绝不能仅对寄存器芯片清零，否则会出现与编码不符的逻辑错误，因此总电路连接时对清零电路又进行了改进。 5.本次实验虽说很容易上手，但也是花费了很多时间才完成任务。其中的问题也相当多，并非想象中那么容易，如上述的清零问题，模块之间的连接问题，以及对微分电路