移位寄存器型彩灯控制器

1、移位寄存器型彩灯控制器年度第1学期）名称：数电实验设计题目：移位寄存器型彩灯控制器院系:电气与电子工程学院班 级:电气0710学号：学生姓名：陈佩璐指导教师：刘春颖设计周数：1成绩:日期：xx年1月20日电子技术综合实验任 务书一、目的与要求1、目的1、1综合实验是教学中必不可少的 重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初 步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训 练。1、2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内 容、步骤和方法。1、3培养学生获取信息和综合处理信息的能 力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1、4提髙学生运用 所学的理论知识和技能解

2、决实际问题的能力及其基本工程素质。2、要求2、1能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术 课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。第1页共1页2、2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文 献资料。要求通过独立思考、深入钻研综合实验中所遇到的问 题，培养自己分析、解决问题的能力。2、3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用 的原则。2、4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的 正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方 法，解决实验中出现的问题。2、5学会撰写综合实验总结报告。2、6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求 是的

3、工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济 观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原 则，从现有条件出发，力争少损坏元件。2、7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结 协作、注意安全。二、主要内容共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣 味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。1、移位 寄存器型彩灯控制器2、智力竞赛抢答器3、电子拔河游戏机4、 交通信号灯控制器5、数字电子钟6、电子密码锁7、电子秒表8、数字电子钟（硬件）三、进度计划序号设计（实验）内容完成时间备注1设计内容 讲解、学习资料查找方法半天2发放材料、清点材料、熟悉各种第1页共1页 元器

4、件半天3查找资料、设计电路、绘制总体电路草图1天4电 路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试2天5验 收、撰写实验报告1天四、设计（实验）成果要求1、学生根据所选课题的任务、 要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方 案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体 电路图。2、预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领 取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设 计指标要求。3、在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真 和实现，直至达到设计要求。五、考核方式综合以下指标评定综合实验总成绩：优、良、 中、及格和不及格。1、设计

5、方案的正确性与合理性；2、实验动 手能力（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神 等）；3、总结报告；4、答辩情况（课题的论述和回答问题的情 况）；5、设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。学生姓名：指导教师：年 月曰一、课程设计（综合实验）的目的与要求1正文为宋体，五号字行间距为211. 11. 2二、设计（实验）正文1正文为宋体，五号字行间距为1. 2211. 1第1页共1页三、课程设计（综合实验）总结或结论1正文为宋体，五号字行间距为211. 11. 2四、参考文献1 作者1,作者2、书名、出版单位，版本、出版日期 附录（设计流程图、程序、表格、数据等）课题一移位寄存器型

6、 彩灯控制器彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按不同的节拍循环 显示各种灯光变换花型，它广泛用于大型灯会、舞台灯光控制、 体育馆灯光控制以及节假日灯光装饰中。实现彩灯控制的方法很 多，如用EPROM编程、单片机、纯硬件电路等。当彩灯路数较少 且花型变换较为简单时，可采用移位寄存器进行控制。一、设计任务与要求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

7、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：节拍编码QA QB QC QD QE QF QG Q1I顺序花型1花型2 花型 3000000000000000000000000 011第1页共1页0000000000110001 00 01 00 0211 0000000 01111 0 0 013111 0 0 0 0 01411 0 0 0 0 0 0151 0 0 0 0 0 0 0 当然 三种花型也可以与上述相反，即：花型1： 8路彩灯从右至左顺次渐亮，全亮后逆序渐灭；循环 两次。花型2： 8路彩灯从两边到中间对称地逐次渐亮，全亮后仍由 两

8、边到中间逐次渐灭；循环两次。花型3： 8路彩灯分两半，从右至左顺次渐亮，全亮后则灭， 循环三次。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，然后重复。当然也可以相反。二、总体方案设计1、原理框图彩灯控制器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。因 此彩灯控制器需要一个能够按一定规律输出不同高低电平编码信 号的编码发生器，同时还需要编码发生器所要求的时序信号和控 制信号。由于实际应用场合所带彩灯可能是功率较大的白炽灯或 其它，因此还需要一定的驱动电路，实验中因采用发光二极管或第1页共1页 指示灯，故可省略驱动电路。彩灯控制

9、器的原理框图如图3、1、1 所示。图1、1彩灯控制器原理框图2、设计思路（1）节拍控制电路三种花型循环一次需要 16*2+8*2+5*3二63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。如图3、1、2所示。图1、2快慢节拍的时 钟电路框图CPL （慢）的1-32节拍显示花型1,其中1-8节拍移 位寄存器右移8位，9-16节拍移位寄存器左移8位，17-32节拍 重复1-16节拍内容。CPL （慢）的33-48节拍显示花型2,其中 33-40节拍移位寄存器1左移，移位寄存器2右移，41-48节拍重 复33-40节拍

10、内容。CPL （慢）的49-63节拍显示花型3,其中 49-53节拍2个移位寄存器右移，54-58、59-63节拍重复49-53节拍内容。CPL （慢）的64节拍总 清“0”。CPII （快）的64节拍与慢节拍显示相同。因此，节拍控 制电路需要产生8、16、32、64、128拍的节拍控制信号。节拍控制信号电路框图3、1、 1,节拍控制信号时序图3、1、4。图1、3节拍控制信号电路框 图图1、4节拍控制信号时序图CP7二0时，移位脉冲CP为慢节拍第1页共1页 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。（2）编码发生器通

11、用移位寄存器74LS194的功能表如下： 功 能OXXX异步清O1OO f保持101 t右移110 t左移111 t预置 要实现上述花型显示，关键是移位寄存器的功能控制端SO、S1和 左移SL、右移SR的信号电平如何组织。（3）清零电路清零电路 如图1、5所示。清零电路的功能如下：Q系统总清零，用启动开 关S控制。b）花型3每5拍清零一次，。c）三种花型运行一遍即 第64拍总清零一次，可用对周期为64拍的CP6微分得到的负脉 冲实现。图1、5清零控制电路三、设计报告要求（设计报告格式见附录1）1.目的与要 求：根据任务书进行填写。2.正文：简单叙述设计过程（包括 原理、方案）；画出完整的电路原

12、理图，并简述各部分的功能。3. 总结与结论：写出设计和调试过程中出现的问题及解决方法； 简述心得体会。设计报告一、目的与要求1、目的1、1综合实验是教学中必不可少的 重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初 步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训 练。1、2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内 容、步骤和方法。1、3培养学生获取信息和综合处理信息的能 力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1、4提高学生运用第1页共1页所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2.要求2、1采用移位寄存器设计一个彩灯控制器。2、2要求三种变换花型以某

13、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。二、实验设计正文1、明确设计要求。设彩灯控制器输出为1时可以点亮彩灯， 为0时不能点亮，根据原题要求列出彩灯一次总循环的状态列 表。考虑到74X194能左移、右移、清零或并行置数，可满足题目 的要求，两片74X194共有8个输出信号，分别控制8路彩灯。由 于一次花型循环实为63拍，再加一拍清零共

14、64拍，此外，设计 还要求慢节拍和快节拍各循环一次，所以总共需要128拍。对彩 灯的控制信号来说，需要的状态数实为64个。当一次循环完成 后，需要一个信号改变所选的时钟的频率。2、由以上的分析，可将电路分为三部分：节拍产生电路控制 信号产生电路花型产生电路3、下面分别设计这三部分电路：(1)节拍产生电路：这部 分电路其实要完成两个功能。第1页共1页一是64个状态的产生，二是时钟频率的选择。由此我拟定了 两种方案：方案一：七位二进制计数器+二选一数据选择器。电路 图如下：Q5Q4Q3Q2Q1Q0从一循环变化，产生64个不同的状态，Q6 用于选择时钟的频率。即64拍之后，时钟的频率改变。方案二：

15、两片74X161 (四位二进制计数器)级联+74X151 (8选1数据选择 器)。电路图如下：用第2片的次高位的输出Q6作为地址选择信 号，改变时钟频率。用最高位的Q7控制清零端，当完成一次大循 环后清零。(2)控制信号产生电路。用产生的状态经过一定的逻 辑运算后控制74X194的SO、S1、SR、SL即可得到所需要的花型。列出状态表，经卡诺图化 简后，可得到控制信号和状态量的关系：二+由此我拟定了两种 方案：方案一：采用逻辑门电路实现。此方案思路比较简单，但 采用的逻辑门较多，连线比较复杂。方案二：对SO (1)和SO(2) 的控制信号，用一片74X138和两片74X151来实现6变量的组合

16、 逻辑函数。以SO (2)为例说明:M0M7(地址选 择)D0D7Q5Q4Q3Q2QlQ000000011110M4111M1+M6 +M7电路图如下:两片74X151的输出分别为S0仃)和S0(2) o(3) 花型产生电路：用两片74X194的八路输出分别控制八个彩 灯即可。电路图如下：(4)将上述三个部分结合起来，即可得到 完整的电路图：方案一：方案二：方案三：方案三虽然比较简 单，但受芯片的影响较大，调试过程中困难较多。第1页共1页三、总结：由于电路和连线比较复杂，很容易出错，所以我 第一次连完线时，彩灯无规律的闪烁。为了找出错误，我用示波 器对各个控制信号进行检查，然后对线路逐段回溯，

17、终于找出了 错误所在。调试过程中，发现（1）片控制的花型三不能正常显 示，而其他的花型都完全正常，于是我考虑到电路中采用了 8输 入的与非门，其中有一些悬空的端子，可能使电路的工作不稳 定，于是我将它们都接了高电平。再调试的时候，仍不正常。于 是我减小了所接高电平的电压。发现该电压存在一个临界点，使 得花型二和花型三不能同时正常显示。于是我用几个门电路的组 合替换了 8输入的与非门。设计节拍产生电路时，首先想到的是7 位二进制计数器，后来考虑到减少使用的器件个数，就采用了中 规模集成芯片，发现效果还是不错的。设计控制信号产生电路 时，考虑到要实现的是六变量的组合逻辑函数，比较复杂，平时 所学的芯片似乎都无法完成