循环彩灯课程设计

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1、1 第一章：设计任务与功能要求第一章：设计任务与功能要求 要求该电路由 8 个彩灯组成四种花形， 每种花形连续循环两次且各种 花形轮流显示。 第二章：设计原理与方案第二章：设计原理与方案 用 555 定时器组成的多谐振荡器产生时钟脉冲， 一方面将此时钟脉冲 输入到移位输出电路，控制彩灯的花形;另一方面，将此脉冲输入到分频 电路产生 1/16 分频，将分过频后的脉冲通过 D 触发器来控制彩灯产生不 同的花形。 第三章：设计电路及其工作原理第三章：设计电路及其工作原理 第一节：基本原理第一节：基本原理 本电路可分为五部分： 第一部分由 555 定时器组成的多谐振荡器产生 时钟脉冲， 为整个系统提供

2、时钟脉冲。 第二部分用 74LS161 组成分频电路， 为 D 触发器提供时钟，再由 D 触发器为状态控制电路提供时钟脉冲。第三 部分用两个 D 触发器组成状态控制电路，控制四种花形。第四部分用双向 移位寄存器 74LS194 组成移位输出电路。 第五部分由八个彩灯组成的花形 显示电路.系统框图如图 1 所示： 图 1 系统框图 时 钟 脉 冲 产 生 电路 移 位 输 出 电路 分频电路 状态控制电 路 彩灯显 示电路 2 第二节：各部分工作原理第二节：各部分工作原理 一：时钟电路工作原理一：时钟电路工作原理 由 555 定时器组成的多谐振荡器如图 2 所示，其中 R1、R2 和电容 C 为

3、外接元件。其工作波如图 3 所示。 图 2 多谐振荡器 振荡周期 12 TTT。 1 T为电容充电时间， 2 T为电容放电时间。 充电时间 11212 ()ln 20.7()TRRCRRC 放电时间 222 ln 20.7TR CR C 矩形波的振荡周期 121212 ln 2(2)0.7(2)TTTRRCRRC 因此改变 1 R、 2 R和电容 C 的值，便可改变矩形波的周期和频率。 二：分频电路工作原理二：分频电路工作原理 如图 3 所示， 初始状态 TC 为低电平，CP 接收到 16 个脉冲后，U1 中 TC 由低 电平变为高电平 U2 中 Q0 输出高电平，并且保持高电平直到第 32

4、个买冲触发沿到 来，Q0 变为低电平，依次重复，便实现了十六分频。 3 图 3 分频电路 三：三：状态控制电路状态控制电路 如图 4 所示，若 D 输入为低电平，当 3 输入由低电平变为高电平时，5 将会发 生翻转有高电平变为低电平，由于非门的存在，11 将由高电平变为低电平，9 将不 会发生翻转，保持原来的电平，直到 3 由高电平变为低电平时，5 不发生翻转，但 9 发生翻转所以 5,6,8,9 四个输出端将会输出四种组合，即：00,01,11,10.（1 代表高电 平，0 代表低电平） ，实现控制四种花形。 图 4 状态控制电路 四：四：移位输出电路移位输出电路 4 如图 5 所示，由 5

5、,6,8,9 输出的四种状态可以控制 74F194 的左移和 右移，通过不同组合，实现四种花形。如附录 3 输出状态编码所示。 图 5 移位输出电路 第四章：总结第四章：总结 本次课程设计计划一周时间，但是由于临近期末考试，所以时间非常 紧张，虽然如此，这次课程设计仍然意义重大。很多东西学了之后并不知 道怎么去用用，这是现阶段对所学课程的感受，这次课程设计刚好让我明 白了如何才能学以致用。 前期刚看到设计任务是觉得很容易，因为以前接触过循环彩灯，但是 随着进一步的深入，我发现并不像我想的那么简单，刚开始一直为如何实 现单个花形循环两次而发愁，分频我也想到了，但是用到的器件比较多， 后来通过查阅

6、资料得知，通过 74LS161 即可实现分频，通过进一步分析发 现：一片 74LS161 并不能实现所需的 16 分频，一片 74LS161 分频后的到 的方波频率比为 1/16，所以为了实现 16 分频，必须得用两片 74LS161。 如何才能实现四种花形的循环呢？第一次两个 D 触发器的连接完全 一样，这样可以实现两边各四个彩灯的循环方式完全一样，即同时左移或 者同时右移，但这样只能实现两种花形，而且这两种花形将会循环四次！ 所以这样不能满足设计的要求，最后明白了，两个 D 触发器的时钟脉冲不 能完全一样，得用到一个非门，这样便可以实现同时左移，一左一右，同 时右移，一右一左四种移位方式，即四种花形，且每种花形循环两次，满 足设计要求。 在设计的过程中有时自己的思维会陷入一个死胡同中， 怎么也想不明 白，通过与同学在一块儿讨论。最后发现了问题所在，心里非常的高兴。 参考文献 1何小艇，电子系统设计M浙江大学出版社，2001 年 6 月 5 2姚福安，电子电路设计与实践M山东科学技术出版社，2001