电子课程设计实习报告

XXXX学院 电子课程设计报告

题目：彩灯控制器设计

专业班级： 电气工程及其自动化XX班

姓 名： XXX 时 间： 2013.05.27～ 2013.06.07 指导教师： XX XXX XXX

完成日期：2013年06月 05 日

彩灯控制器设计任务书

1、设计目的与要求 （1）、设计目的

1、进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。

2、了解数字电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。

3、熟悉几种常用集成芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。 4、培养认真严谨的工作风，和实事求是的工作态度。 （2）、设计的要求

设计一个多路彩灯控制电路，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下要求：

1、自动控制多路彩灯按预设的花型进行变换。 2、8路彩灯花型种类不少于三种，花型自拟。 3、彩灯用发光二极管LED模拟。 2、设计内容

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。彩灯控制器是以高低电平来控制彩灯的亮灭。在彩灯路数较少，花型变换比较简时，可用移位寄存器实现。在实际应用场合彩灯可能是功率较大的发光器件，需要加以一定的驱动电路。本课题用发光二极管LED模拟彩灯，可以不用驱动。电路能演示三种花型，花型自拟。彩灯明暗变换节拍为1.0s。

（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）EDA文件生成与打印输出； （5）SCH文件生成与打印输出； 3．编写设计报告

写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

4．答辩

在规定时间内，完成叙述并回答问题。

目 录

1引言…………………………………………………………………1 2总体设计方案………………………………………………………1 2.1设计思路………………………………………………………1 2.2总体设计框图…………………………………………………1 3设计原理分析………………………………………………………2 3.1电路的工作原理分析…………………………………………2 3.2花样脉冲产生的振荡电路……………………………………3 3.3花样脉冲产生电路……………………………………………4 3.4花样脉冲选择电路……………………………………………4 3.5花样脉冲控制与显示电路……………………………………5 3.6电路组装完成后的总电路图…………………………………6 4总结与体会…………………………………………………………6 参考文献 …………………………………………………………… 7

彩灯控制器设计

摘要：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。彩灯控制器是以高低电平来控制彩灯的亮灭。在彩灯路数较少，花型变换比较简时，可用移位寄存器实现。该电路的优点是简单易实现，而且可以扩展出其它花型。

关键字；555定时器；计数器；移位寄存器; 74LS194芯片;74LS161芯片;74LS151芯片；74LS74芯片

1、引言：

随着社会的发展，人民生活水平不断提高，现代人们越来越注重节能和装饰，因此LED作为一种超节能产品在实际生活中得到广泛应用，它不仅工作电压低，而且使用寿命很长，所以它受到大多数灯发光设计师的青睐。本设计用8路LED设计出的彩灯控制电路具有：低能耗、花色多、性能优、实用美观等特点，实为家居装饰之首选。

8路彩灯控制器主要通过74LS194移位寄存器的每一位控制一组灯。通过74LS161的计数功能改变电路状态。由于74LS194寄存器具有不同的状态，点亮的灯光就形成多种多样的美丽的画面。74LS161计数器不断进行循环计数，又给这些图案添加了动感。因此，设计最佳的寄存器状态序列，就会形成动人的灯光循环。

2、总体设计方案：

2.1设计思路

根据题目的任务、要求和性能指标，经过分析与思考，得出以下方案：整体电路分为四个模块：第一个模块实现节拍的发生；第二个模块实现快慢两种节拍的控制；第三个模块实现花型的控制；第四个模块实现花型的显示。 2．2总体设计框图如图1：

花样脉冲产生电

花样脉冲选择

图1 总体设计框图

花样脉冲控制

花样脉冲显示

花型显示设计：

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花型实现由2片74LS194来实现，状态转移如表1所示（设两片74LS194的输出依次为Q1~Q8）：

表1 花型变换

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 花型1 00000000 10001000 11001100 11101110 11111111 01110111 00110011 00010001 花型2 00000000 10000001 11000011 11100111 11111111 01111110 001111100 00011000 花型3 00000000 00011000 00111100 01111110 11111111 11100111 11000011 10000001 用74LS194实现三个花型的连续显示必须对两片74LS194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变。现将两片74LS194分为低位片和高位片，再将其输出端从低位到高位记为Q1~Q8。列出各花型和其对应的74LS194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如表2：(用^Qi表示Qi的取非)

表2 输入信号与节拍控制信号

经过分析可以得到控制74LS194高低位片的左移右移变化的控制量。用CA~CH表示74LS161从低位到高位的个输出端。 控制结果表达式如表3：

表3 控制结果

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在本方案中，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：电路设计模块化且各模块功能明确，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试带来方便。缺点是：由于设计思想比较简单，元件种类使用少，花型复杂一些就会导致中间单元电路连线过多而易出错。

3、设计原理分析

3．1电路的工作原理分析

八路彩灯控制器通过利用双向移位寄存器74LS194的串行输入，个并行输8出端控制彩灯；双向移位寄存器74LS194的控制端S1=0，S0=1时，进行右移；S1=1，S0=0时，进行左移；十六位计数器74LS161可以从0000到1111进行计数。利用十六位计数器74LS161的功能实现自动循环：74LS194是一个4位双向移位寄存器，它具有左移，右移，保持，清零等逻辑功能。 74LS194的功能表如表4：

表4 74LS194功能表

用74LS161的功能实现自动循环,74LS161的功能表如表5：

表5 74LS161功能表

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给电路接入电源,然后给两个双向移位寄存器74LS194，十六位计数器74LS161芯片接入持续脉冲，就可以得到题目要求的效果。 3、2花样脉冲产生的振荡电路 花样脉冲产生的震荡电路如图2：

图2 花样脉冲产生的振荡电路

3.3花样脉冲产生电路

考虑到节拍是整个电路功能实现的基础及其他模块进行调试的必需条件，故首先实现节拍发生模块。1s节拍选用由555及相关器件构成的多谐振荡器电路实现。

由于输出波形中低电平的持续时间，即电容放电时间为：tw20.7R2C 低电平的持续时间，即电容放电时间为：tw10.7(R1R2)C 因此电路输出矩形脉冲的周期为：Ttw1tw20.7(R12R2)C 输出矩形脉冲的占空比为：

qtw1TR1R2R12R2当R2R1时，占空比近似为50%。故综合考虑，电容取：4.7μf 0.01μf 电阻取：R2=150 kΩ R14.7 kΩ 电路图如图3：

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图3 花样脉冲产生电路

3.4花样脉冲选择电路

用74LS74（双上升沿D触发器）将其二分频产生1.0s节拍。如果设计的为多节拍电路，则再通过控制74LS151（八选一数据选择器）的A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率来控制这两种接拍的交替输出。因此该模块由一片74LS151和一片74LS74级联实现，整体上实现脉冲频率的变换。

令74LS74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端的输出接到74LS151的D1端。令74LS151的D0，D2，D3，D4，D5，D6，D7，B，C， ^G，GND接低电平，Vcc接高电平，D0接1s节拍信号即555的输出Vo，A端接由花型控制电路的QC输出（这一端子的输入需结合后续模块决定）。 由此实现了1s或其他节拍的控制。 电路图如图4：

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图4 花样脉冲选择电路

3.5花样脉冲控制与显示电路

将二片74LS161级联成为模64的计数器，74LS161的级联用的是同步，并用^CLR清零。用二片74LS194级联双向移位寄存器，由于花型控制模块和显示模块之间的连线较为复杂，故在一个图中显示，如图5：

图5 花样脉冲控制与显示电路

3.6电路组装完成后的总电路图 电路组装完成后的总电路图如图6：

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图6 电路组装完成后的总电路图

4、总结与体会

这次课程实习设计对于我来说收获很大。通过本次实习，我认识到了实践的重要，我们要学会把理论联系实际，而这次课程设计就是一个很好的机会，不仅能提高我们的理论知识，而且也培养了我们的实际动手能力。尽管在中间遇到很多问题，我的设计最后在老师的检查下发现了自己存在的问题，是因为自己想的太简单，没有认真思考。但是经过老师的指导和同学的帮助，使得这次实习设计能顺利完成，而且在讨论中我们也学到了很多知识，而且也对以前的知识做了一个很好的回顾。

在这次实验中，我体会到在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，比如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最相关的信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。接下来就是在实际动手连接电路时的问题，由于种种客观方面的原因，导致理想和现实相差太远，输入电路不可以悬空，悬空并不是高电平，芯片上有接电源和接地的悬空是高电平，但这个高电平并不是，有时候它不是怎么高，这样地话，就会对后面地时序电路产生影响

在通过这两个礼拜的实习设计，让我真正理解了书本上的知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关联。通过此次实习设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白

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自己该学习那个方面，重点是什么。我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的工作作风。

最后，我非常感谢在实验室指到我们的老师，因为是他们使我在这次实习设计中受益非浅。

参考文献：

[1] 数字集成电路应用集萃/黄继昌，张海贵，徐巧鱼编著[M]. 北京：中国电力出版社，2008.4

[2] 电子技术基础 数字部分/康华光主编（第五版）华中科技大学电子技术课程组编[M]. 北京：高等教育出版社，2006.1

[3] 计算机仿真及应用/许晓华，何春华主编[M]. 北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，2011.9

[4] 电子技能与EDA技术/韩克，柳秀山主编[M]. 广州：暨南大学出版社，2005.4 ISBN 7-81079-511-2

[5] 电子技术基础实验及综合设计/王振红，张常年编著[M]. 北京：机械工业出版社，2007.3

[6] ：彩灯控制器设计

http://wenku.baidu.com/view/85f2e0b069dc5022aaea000d.html [7] ：多路彩灯控制器-8路移存型彩灯控制器 http://wenku.baidu.com/view/a7cf2de9b8f67c1cfad6b820.html [8] ：循环彩灯控制器课程设计

http://wenku.baidu.com/view/7ca1c80e763231126edb1170.html

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