彩灯控制器的设计及调试

-.z数电综合实验——彩灯控制器的设计与调试实验目的学会分析、设计和测试用555定时器构成的多谐振荡器。熟悉移位存放器和中规模集成计数器的工作原理。利用移位存放器和计数器设计彩灯控制电路，实现不同的闪烁效果。二、彩灯控制器设计简介利用移位存放器和计数器等设计一彩灯控制电路，改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。电路实用，也可以通过计算机仿真直观地看到循环彩灯的控制效果，综合运用所学数字电路知识，学会设计和调试方法，从而产生浓厚兴趣。如果稍微改动控制电路，可以更加完善，完成基于移位存放器的彩灯控制器设计。在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果，利用控制电路可使彩灯〔例如霓虹灯〕按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的欣赏效果，而且可以省电〔与全部彩灯始终全亮相比〕。因此，彩灯控制电路应用越来越丰富我们的生活，成为我们生活不可缺少的一局部。本课题是利用四位双向移位存放器为核心元件实现彩灯的循环控制。2.1设计思路首先，利用555定时器与外部的阻容元件构成脉冲产生电路，再由计数器74160实现计时的功能，为脉冲分配器做好准备。再由移位存放器74LS194构成编码发生电路，由于移位存放器74LS194上升沿有效，通过对输入端置数，加上脉冲的驱动来控制彩灯的闪烁，从而使彩灯按照我们的要求变化。整个流程是由控制电路，编码发生电路和输出电路等组成。此综合实验讲述了芯片计数器74LS160，555定时器，移位存放器74LS194的根本原理及应用。2.2根本工作原理脉冲产生与整形电路555定时器产生脉冲驱动，再由十进制同步计数器74LS160，编码发生电路74LS194控制彩灯变化。因此，通过控制74LS194的输出就可以实现我们想要的彩灯循环变化。555555定时器74LS160计数器74LS194移位存放器彩灯显示电路CP脉冲CD4069——CD4069——增加驱动能力图1工作原理框图2.4相关芯片及硬件电路设计2.4.174160十进制同步计数器芯片74LS160是一个十进制同步计数器，不仅可以对时钟脉冲进展计数，还可以用在定时、分频和信号产生等逻辑电路。160的去除端是异步的，当去除端为低电平时，不管时钟脉冲端CP状态如何，即可完成去除工作。图274LS160引脚图图274LS160引脚图TC进位输出端CEP计数控制端P0－P3数据输入端Q0－Q3输出端CET计数控制端/PE置入控制端/R清零端CP时钟脉冲74LS160160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0－Q3与数据输入端P0－P3一致。160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET为高电平时，在CP上升沿作用下Q0－Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。2.4.2移位存放器是指存放器中的所存的代码能够在移位脉冲的作用下左移或右移。既能左移又能右移的存放器叫做双向移位存放器。只需改变左、右移的控制信号便可以实现双向移位。可串行输入也可以并行输入，可串行输出也可以并行输出，同时具有保持和异步清零功能，其引脚如图3。图374LS194四位双向移位存放器管脚图374LS194四位双向移位存放器管脚-为异步清零端，CP为时钟脉冲端。D0、D1、D2、D3为并行输入端，Q1、Q2、Q3.、Q4位并行输出端。SR为右移串行输入端，SL为左移串行输入端,S1、S0为操作模式控制端。74LS19474LS194移位存放器功能表把移位存放器的输出反应到其串行输入端，就可进展循环移位，如图2.3把输出端Q3和右移串行输入端SR相连，设初始状态Q3Q2Q1Q0=0001，则在时钟脉冲作用下，Q3Q2Q1Q0将依次变为1000→0100→0010→0001→……，可见，它是一个具有四个有效状态的计数器，这种类型的计数器通常称为环形计数器。图图4右移循环2.2.4.31．555定时器图6555图6555定时器引脚图图5555定时器内部框图TRR71图7555组成的多谐振荡器三、工作原理3.1.编码发生器编码发生器根据花形的要求，按CP脉冲送出4位状态编码信号，以控制彩灯按规律亮或灭。因为彩灯路数少，花形要求不多，可选用移位存放器输出4路数字信号，控制彩灯的发光。编码发生器采用四位通用移位存放器74LS194来实现。节拍脉冲花型11000201003001040001移位存放器的4个输入信号通过驱动电路控制彩灯，编码发生器中数据输入端和控制端的接法由有花型决定。花型按照一定的顺序依次闪亮或熄灭。图8图874LS194编码发生电路图3.2控制电路控制电路为编码器提供所需的节拍脉冲和驱动信号，控制整个系统工作。控制电路的功能有两个：一是按需要产生节拍脉冲；二是产生移位存放器所需要的各种驱动。节拍控制脉冲的产生，按照上面分析可知，花形每四拍一循环。节拍控制脉冲产生电路由555和74LS160计数器组成。图9节拍控制脉冲产生电路图10彩灯控制器电路总体电路图四、彩灯控制器调试步骤实验器材：74194、74160、CD4069、555时基电路各1片，可变电阻1M固定电阻100K、0.01微法及1微法电容及导线假设干。实验补充说明：1.流水灯的移动方向由74194的S1、S0端决定，详见194的功能表，当S1、S2同时为1时置数0001，故实验开场时应先置数，但160此时不一定从0000开场计数，故应选取参考点观察，如当流水灯逆时针旋转一次后160中的状态为0000，到下一次逆时针旋转时正好为9次。2.该实验可以产生多种把戏，可以通过控制194的S1、S0端控制其移动方向，也可以根据自己的喜好自己控制连线。3.综合实验工程中用到的线较多，约5