基于數(shù)字邏輯的四路彩燈

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 基于數(shù)字邏輯的四路彩燈 姓 名 xxx 專 業(yè) 自動化 學(xué) 號 201042171 指導(dǎo)教師 馬俊興 鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院 二一四年五月目 錄摘 要IAbstractII緒 論III1 四路彩燈總體方案設(shè)計(jì)與選擇11.1 設(shè)計(jì)思路與原理11.2 方案設(shè)計(jì)整體框圖22 各單元電路設(shè)計(jì)42.1 脈沖產(chǎn)生電路42.2 四種花樣碼產(chǎn)生電路82.3 花樣狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路112.3.1 自動四花樣循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)112.3.2 手動控制四花樣循環(huán)電路的設(shè)計(jì)172.4 顯示電路的設(shè)計(jì)182.5 總電路設(shè)計(jì)203 焊接和調(diào)試213.1 彩燈控制器焊接213.2 四路彩燈整個系統(tǒng)的調(diào)試21

2、總結(jié)22致 謝23參考文獻(xiàn)24附錄1元器件清單25附錄2實(shí)做實(shí)物圖26附錄3總體電路仿真設(shè)計(jì)27基于數(shù)字邏輯的四路彩燈1基于數(shù)字邏輯的四路彩燈基于數(shù)字邏輯的四路彩燈 摘 要根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書和開題報告，本設(shè)計(jì)要求完成基于數(shù)字邏輯的四路彩燈實(shí)物設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)報告。本文在基于實(shí)物設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上介紹了四路彩燈的發(fā)展概況以及相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，詳細(xì)說明設(shè)計(jì)思路與原理及框圖，各單元電路設(shè)計(jì)，總電路設(shè)計(jì)圖等內(nèi)容。四路彩燈控制電路，主要通過計(jì)數(shù)器和譯碼器實(shí)現(xiàn)流水功能，利用組合電路實(shí)現(xiàn)自控、手控、流速控制等功能。本設(shè)計(jì)的四路流水燈控制器，有8只LED燈，按以下要求亮滅：一亮一滅,從左向右移動；兩亮兩

3、滅，從左向右移動；四亮四滅從左向右移動；從左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅四種方式；四種花樣可自動變換手動變換。關(guān)鍵詞：四路彩燈；花樣切換；位移顯示；流速控制 FOUR LANTERN ROAD BASED ON DIGITAL LOGICAbstractAccording to the graduation design task book and the title of the report,the design requirements, complete the "digital logic four lantern road"project design and d

4、esign report based on. Based on the physical design is introduced on the current situation and development trend of domestic development situation of multiple lights and related fields of application, detailed description of the design idea and principle and block diagram, each unit circuit design,

5、circuit design etc. Four road lights control circuit, mainly through the counter and decoder, inverse function is reversible realization of water, using a combination of circuit to realize automatic control, hand control, flow control and other functions. The timing function, four road lamp controll

6、er of this design,there are 8 LED lamp, in accordance with the following requirements: alight on and off, moving from left to right; two bright two arc, moving from left to right; four bright four arc moves from left to right; from left to right successive lit, then successive extinguished; four aut

7、omatic pattern transformation; four way manual control.Keywords: four lantern road; synchronized switch; displacement; flow control緒 論科技的發(fā)展時代的進(jìn)步，人類對美的訴求是不斷提升的，全領(lǐng)域的，人們的衣食住行水準(zhǔn)得到了空前的提高及其仍然正在日新月異的變化發(fā)展著，關(guān)于照明領(lǐng)域由取自最初天然的野火光照明到后來油燈照明，蠟燭照明直到電氣時代的道來人們研究出電氣照明工具-電燈，材料科學(xué)的發(fā)展，人們需求的增長，最初照明燈具也開始衍變出他的另一功能-美化。彩燈是不錯的視覺美

8、化燈具，美化燈具彩燈不僅多彩，而且顯示花樣也非常豐富，這時采用基于數(shù)字邏輯的多路彩燈也就應(yīng)運(yùn)而生。就本設(shè)計(jì)而言對四路彩燈舉一反三就是應(yīng)用廣泛的多路彩燈了1。時代的發(fā)展，人們審美標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，人們對身邊熟悉事物美的要求美的標(biāo)準(zhǔn)也不斷提高，比如常見的多路彩燈，那些花樣繁多顏色各異的彩燈要想好看，不僅要色彩變幻的眾多而且要花樣新鮮更具美感，人們這些心里默有的訴求也就要求我們設(shè)計(jì)出更多行之有效的花樣方案，來做出更多樣化的顯示效果，為人們呈上更為誘人的視覺盛宴。絢麗多彩的顯示效果，離不開強(qiáng)大的數(shù)字邏輯電路，用數(shù)字邏輯電路做出的多路彩燈裝飾著城市里的墻壁，廣告牌，樹木，有的做裝飾，有的做警示，有的在室內(nèi)

9、做小夜燈，有的做指示燈，跑馬燈等等。應(yīng)用廣泛的多路彩燈能符合各種場合，各種光照的功能需求，因而廣泛適用于各種使用要求的基于數(shù)字邏輯的四路彩燈電路應(yīng)運(yùn)而生，因此讓四路彩燈有了更廣闊的發(fā)展空間，小型化、智能化、多功能化也正是現(xiàn)代彩燈的發(fā)展方向。因此作為控制多路彩燈的主要集成電路也在發(fā)生著翻天覆地的變革。通過集成電路的自動化系統(tǒng)的不斷完善，使得工作人員在工作上的強(qiáng)度和工作量逐漸減少，并且出錯率急劇下降，在很大程度上提高的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制作質(zhì)量2。我們的平常工作生活中無處不存在多路燈的使用，可以說是多路彩燈早已隨處可見，無論從高端到低端的消費(fèi)場所，無論是在工作還是日常生活中，都有多路彩燈使用。這些變化表

10、明，科學(xué)和技術(shù)也正在慢慢融入我們的現(xiàn)實(shí)生活中，這也表明高質(zhì)量生活有了更多的體現(xiàn)方式，多路彩燈裝飾不僅裝飾了我們的生活，時常還可以達(dá)別樣的效果。比如，我們按照一定的思路設(shè)定一些程序來設(shè)置彩燈的閃亮?xí)r間間隔、閃亮花樣方式，這樣以來我們不僅使視覺感受有了新的提升，同時也在這些一閃一亮之間花樣變換之間達(dá)到了節(jié)能的環(huán)保良好效果。以此看來，多路燈的使用不僅給我們的生活增添彩，也扮演著照明節(jié)能的角色。多路彩燈的不斷研究升級是很有必要的。隨著時代的發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步人們周圍事物也不斷發(fā)展向前，各領(lǐng)域各行業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)不斷提高，這也促使了照明行業(yè)的升級發(fā)展，就多路彩燈而言其發(fā)展趨勢入下：高技術(shù)化：突飛猛進(jìn)的科學(xué)技

11、術(shù)的正在以前所未有的速度向前發(fā)展，眾多新技術(shù)新工藝融入到燈具研發(fā)制造的過程中，尤其是可調(diào)節(jié)光照亮度的第三代照明燈具逐步出現(xiàn)在我們的視野中，滿足我們的各種的照度功能需求。諸如最近出現(xiàn)的無頻閃燈,還有光亮可調(diào)式閃燈燈,光亮護(hù)眼燈等具有可以保護(hù)我們視力功能的燈具被人們逐漸的應(yīng)用于生活工作中的各個角落3。功能細(xì)分：處在不同的場合的燈具，人們就要求要求該燈具能產(chǎn)生與該環(huán)境場合相適應(yīng)的燈光效果，因此人們對燈具功能的隨場合環(huán)境適應(yīng)性要求也越來越高，從而不同功能適應(yīng)性的燈具在人們的科學(xué)研究下也逐漸出現(xiàn)在各個廠商，應(yīng)急小夜燈、書寫燈、信號燈，晚餐燈，指示燈，警示燈，路標(biāo)等以及不同形狀不同配置不同材料的新型產(chǎn)品被

12、一一制造出來。 節(jié)能環(huán)保：如今國內(nèi)外環(huán)保意識增強(qiáng)，無論是政府還是民眾對節(jié)能環(huán)保設(shè)備的應(yīng)用越來越重視，所以燈具的節(jié)能環(huán)保與否逐漸被人們關(guān)注和重視，環(huán)保節(jié)能燈也迅速占據(jù)主要燈具市場，一舉成為市場的主導(dǎo)性產(chǎn)品。燈具閃爍，發(fā)光平穩(wěn)的燈具能節(jié)省能源50%，這也是逐漸被消費(fèi)者接受以及慢慢占領(lǐng)市場的主要原因。世界對生態(tài)環(huán)境的重視，使得家具環(huán)保成為人們現(xiàn)在首要考慮的問題，這也是家居照明、燈具制造未來的發(fā)展方向4。 集成化：隨著多路彩燈的閃亮頻率的變化花樣樣式的增多，只有多模塊的電路才能滿足多種效果的產(chǎn)生。出于更便捷更智能的功能要求，把多模塊集成起來構(gòu)成集成化、體積更小、功能更多的系統(tǒng)電路。易于裝配更多擴(kuò)展：如

13、今多路彩燈趨向于類似傻瓜照相機(jī)式的簡單易操作。裝配起來好操作上手快，可加載更多模塊以實(shí)現(xiàn)更多功能。多路彩燈結(jié)合聲光電模塊及傳感器進(jìn)行相應(yīng)功能擴(kuò)展能做出更加有趣更加人性化的多路彩燈。III1 四路彩燈總體方案設(shè)計(jì)與選擇1.1 設(shè)計(jì)思路與原理本課程設(shè)計(jì)主要為設(shè)計(jì)一個四路花樣流水燈控制器。要求有8只LED燈，四路內(nèi)容分別為：從左向右移動；一亮一滅,兩亮兩滅，四亮四滅，整體逐次點(diǎn)亮，然后再整體逐次熄滅，要求這四花樣可自動進(jìn)行變換，也可手動控制四種花樣的變換。通過調(diào)節(jié)相應(yīng)滑動電阻器阻值的大小來實(shí)現(xiàn)單個狀態(tài)流水燈流動速度可控和單個狀態(tài)的持續(xù)時間可控5。要想有一個完整合理的設(shè)計(jì)原理方案，首先要從設(shè)計(jì)要求分析

14、，從要實(shí)現(xiàn)四花樣來推導(dǎo)出要使用的芯片。從右到左分析，要實(shí)現(xiàn)8只LED 點(diǎn)亮且可以進(jìn)行位移式顯示可以通過位移寄存器 74LS164 實(shí)現(xiàn)八個彩燈的從左向右移動點(diǎn)亮顯示，移寄存器 74LS164由兩組四位移寄存器構(gòu)成，出于本電路方案設(shè)計(jì)需要，這里把位移寄存器 74LS164的兩個輸入端A，B并聯(lián)在一起，就構(gòu)成了A,B共輸入兩組位移寄存器共輸出的八位點(diǎn)亮顯示效果且兩組輸入輸出相同。 要實(shí)現(xiàn)四種花樣的變換顯示就要有一個送入四花樣脈沖的相關(guān)電路為共輸入端A,B端送入四花樣脈沖，這里選用四選一電路芯片74LS153，該74LS153芯片為兩組四選一芯片，本設(shè)計(jì)中只使用一組即可， 四選一芯片74LS153為

15、74LS164輸送四花樣位代碼，四選一選擇器設(shè)計(jì)好了還需要有可供選擇的源脈沖，也就是要有能夠發(fā)出源源不斷脈沖并供給四選一芯片74LS153選擇輸出的芯片。這里的脈沖發(fā)生源芯片可以用555定時器產(chǎn)生，本設(shè)計(jì)把555定時器聯(lián)結(jié)成多謝振蕩器，該555定時器發(fā)出固定周期的一路時鐘脈沖信號，然后做74LS161十六分頻計(jì)數(shù)器的時鐘信號，74LS161十六分頻計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)功能就輸出產(chǎn)生了四路脈沖信號供給四選一芯片74LS153選擇。有了花樣脈沖輸出源但不能切換花樣也是不行的，該設(shè)計(jì)要求有兩種切換方式，分別為自動切換和手動切換，通過改變四選一芯片74LS153的地址端信號輸入，四選一芯片74LS153是可

16、以達(dá)到花樣的切換功能的，本設(shè)計(jì)中可以改變四選一芯片74LS153地址端信號輸入的芯片由雙D觸發(fā)器74LS74擔(dān)當(dāng)6。方案一: 結(jié)合上述分析選用四大模塊來完成本次功能設(shè)計(jì)；一脈沖產(chǎn)生模塊，二是四種碼產(chǎn)生模塊，三是狀態(tài)切換模塊，四是顯示電路模塊。該設(shè)計(jì)中，首先用兩片555定時器作為脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生可調(diào)的矩形波為后面提供用于四種碼產(chǎn)生和開關(guān)電路的脈沖；通過十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161可以實(shí)現(xiàn)對脈沖計(jì)數(shù)從而產(chǎn)生四路脈沖碼輸出；通過74LS153數(shù)據(jù)選擇器可以實(shí)現(xiàn)對74LS161四路輸出的單路選擇分時輸出；通過八位移位寄存器74LS164可以實(shí)現(xiàn)移位；應(yīng)用雙D觸發(fā)器74LS74和555定時器，組成一個二

17、進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，提供輸出脈沖給74LS153的數(shù)據(jù)選擇端作為地址脈沖，來控制四種花樣的自動循環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)兩個相應(yīng)多諧振蕩器中串入的可變電位器阻值的大小,來調(diào)節(jié)單個狀態(tài)維持時間的長短和花樣的切換時間；在74LS153的數(shù)據(jù)選擇端串入兩個單刀雙擲開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動和手動控制的切換7。方案二:可在原來設(shè)計(jì)原理方案的基礎(chǔ)之上，選用計(jì)數(shù)芯片74LS161模十六計(jì)數(shù)器輸出端最高位QD的脈沖輸出作為雙D觸發(fā)器74LS74的時鐘輸入信號，從而可以少用一個555定時器。74LS161模十六計(jì)數(shù)器每計(jì)八個數(shù)， 74LS161模十六計(jì)數(shù)器QD端由低電平向高電平轉(zhuǎn)換，雙D觸發(fā)器74LS74的狀態(tài)改變， 從而使74LS1

18、53四選一數(shù)據(jù)選擇器選擇下一花樣代碼輸出，達(dá)到彩燈花樣變換的效果，此后即可自動循環(huán)改變多種花樣。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于省了一個555定時器聯(lián)成的脈沖產(chǎn)生電路， 使該電路結(jié)構(gòu)更清晰可見， 而且還增強(qiáng)了該電路的可靠性。該方案的缺點(diǎn)為假如按此方案連接好系統(tǒng)電路， 該四路彩燈卻無法完全完成第四種花樣的顯示 （從左至右依次點(diǎn)亮，再依次熄滅） ，只能是完成一半，要么依次點(diǎn)亮要么依次熄滅，只能實(shí)現(xiàn)部分設(shè)計(jì)要求，因而不采用該方案。1.2 方案設(shè)計(jì)整體框圖本系統(tǒng)四大模塊電路如圖：一脈沖產(chǎn)生模塊電路，二四種碼產(chǎn)生電路，三是狀態(tài)切換模塊電路，四是顯示電路，這四大模塊電路組成本次設(shè)計(jì)的四路彩燈電路，如圖1.1所示：脈沖產(chǎn)生

19、電路為多謝振蕩器1、2，四種碼產(chǎn)生電路是分頻計(jì)數(shù)器74LS161構(gòu)成的電路，狀態(tài)切換電路由四選一計(jì)數(shù)器74LS153和雙D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成，顯示電路由位移寄存器74LS164和八顆LED燈構(gòu)成8。分頻計(jì)數(shù)多諧振蕩器1移位寄存器數(shù)據(jù)選擇器 LED顯示開關(guān)電路多諧振蕩器2 圖1.1整體方案設(shè)計(jì)2 各單元電路設(shè)計(jì)2.1 脈沖產(chǎn)生電路本設(shè)計(jì)成敗關(guān)鍵在于系統(tǒng)電路中脈沖信號的合理設(shè)置，該系統(tǒng)電路的脈沖產(chǎn)生芯片為555定時器9。555定時器是一種用途廣泛的數(shù)字模擬可混合的規(guī)模集成型電路，利用555定時器可構(gòu)成施密特型觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)型觸發(fā)器和多諧振蕩器，555定時器有著諸多優(yōu)點(diǎn)如：使用起來比較靈活、擴(kuò)展

20、極其方便，所以555定時器在各種電路中扮演著波形的產(chǎn)生、波形變換、波形測量和波形控制、電子小玩具、各種家用電器、工控設(shè)備等各種重要角色。由于555定時器內(nèi)部比較器的靈敏度高，輸出驅(qū)動電流大，功能靈活。而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和外界溫度的干擾較小10。即555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器頻率穩(wěn)定，不易受干擾，所以選用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器脈沖信號產(chǎn)生電路10。555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖、管腳功能表如下：圖2.1 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)表2.1 555定時器管腳功能說明引腳NE555引腳代碼引腳功能1GND接地端2TRI觸發(fā)輸入端:下比較器3OUT為輸出端4RST復(fù)位端5CON控制端

21、6THR觸發(fā)輸入端:上比較器7DIS放電端8VCC集成電路工作電壓輸入端在此根據(jù)555定時器的電路結(jié)構(gòu)圖做出詳細(xì)分析，首先從整體布局分析它主要由三部分組成：兩個電壓比較器C1,C2；鎖存器SR以及放電三極管TD，該三極管為集電極開路的三極管11。比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2的反相輸入端的參考電平為和。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止

22、12。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接。Vco是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器C1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01F的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.當(dāng)V11>VR1、V12>VR2時，C1比較器的輸出Vc1為低電平0、C2比較器的輸出Vc2為高電平1，SR鎖存器被置0，TD導(dǎo)通，同時輸出Vo為低電平0.當(dāng)V11<VR1、V12>VR2時，C1比較器的輸

23、出Vc1為高電平1、C2比較器的輸出Vc2為高電平1，SR鎖存器的狀態(tài)保持不變，因而TD和輸出的狀態(tài)也維持不變13。當(dāng)V11<VR1、V12<VR2時,VC1=1、VC2=0，故鎖存器被置1，V0為高電平，同時T截至。當(dāng)V11>VR1、V12<VR2時,VC1=0、VC2=0，故鎖存器處于Q=Q´=1狀態(tài)，V0為高電平，同時TD截至。以上過程可用以下表格表示12：表2.2 555定時器邏輯功能說明輸入輸出R´DV11V12V0TD狀態(tài)0xx低導(dǎo)通1>>低導(dǎo)通1<>不變不變1<<高截止1><高截止由原理組

24、接電路圖如下所示：圖2.2由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器 本時鐘脈沖產(chǎn)生電路用 555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器如圖2.2,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,其周期為:T=0.7(R1+2R2)C(3.1)本設(shè)計(jì)要用兩個 555定時器 產(chǎn)生兩個時鐘脈沖,一個控制 74LS161 模十六計(jì)數(shù)器，另一個控制四分頻開關(guān)電路14。先計(jì)算時鐘電路的555定時器配置參數(shù)，為了能使肉眼觀察的到LED四路彩燈的閃亮情況，設(shè)置其閃亮周期設(shè)為 1 秒左右, 因此電阻值和電容值可與之匹配設(shè)為：R1=1K ，R2=51K ，C=0.01F由公式（3.1）計(jì)算得：T=0.721S要能看到彩燈流動的花樣變換則令另一個555

25、定時器產(chǎn)生的矩形脈沖控制彩燈的自動轉(zhuǎn)換,其周期設(shè)為模十六計(jì)數(shù)器74LS161的20倍左右,改變 R1、R2 的阻值即可，可設(shè)為：R1=1K ，R2=1M ，C=0.01F由公式（3.1）計(jì)算得：T=14.42S按以上理論及參數(shù)設(shè)置聯(lián)結(jié)電路即可得到兩個相應(yīng)的脈沖產(chǎn)生電路為后續(xù)電路提供具體脈沖信號。2.2 四種花樣碼產(chǎn)生電路根據(jù)彩燈要實(shí)現(xiàn)的四種花樣,可以確定移位寄存器輸出的二進(jìn)制碼,即四種花樣碼產(chǎn)生電路要產(chǎn)生的碼，如表2.3所示： 表2.3四種花樣產(chǎn)生碼花樣狀態(tài)要求周期花樣碼1一亮一滅，從左向右8010101012兩亮兩滅，從左向右8001100113四亮四滅，從左向右8000011114逐次點(diǎn)亮

26、，逐次熄滅160000000011111111要產(chǎn)生這四種花樣的碼，可以用十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161聯(lián)接組合邏輯門產(chǎn)生，在此介紹一下十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161。 圖2.3 74LS161芯片引腳分布74LS161是中規(guī)模4位同步二進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器電路，用于增強(qiáng)電路的部分功能和靈活的實(shí)用性。該74LS161芯片不僅具有常見的二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器功能還有另外附加功能如：預(yù)置數(shù)、保持和異步置零等15。該加法計(jì)數(shù)器可以方便靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路模塊以及555定時器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分頻器，計(jì)數(shù)器等很多重要的功能6 。表2.4 74LS161引腳說明引腳引腳代碼引腳功能1CLR清零端2CLK時鐘輸入端3AA輸入

27、端4BB輸入端5CC輸入端6DD輸入端7ENP使能端9LOAD置數(shù)端10ENT使能端11QD 數(shù)據(jù)輸出端D12QC 數(shù)據(jù)輸出端C13QB 數(shù)據(jù)輸出端B14QA 數(shù)據(jù)輸出端A15RCO 進(jìn)位輸出端表2.5 74LS161計(jì)數(shù)器真值序 號 輸出原態(tài)次態(tài)輸出Q4Q3Q2Q1Q4Q3Q2Q1Z1Z2Z3Z4000000001000010001001010002001000110100300110100110040100010100105010101101010601100111011070111100011108100010010001910011010100110101010110101111011

28、1100110112110011010011131101111010111411101111011115111100001111如圖2.3當(dāng)清零端CLR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出QD、QC、QB、QA立即為全“0”，這個時候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CLR=“1”且LOAD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端QD、QC、QB、QA的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端A，B，C，D的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CLR=LOAD=ENP=ENT=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個進(jìn)位輸出端RCO，其邏輯關(guān)系是RCO=QA·QB·QC·Q

29、D·CLK。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16及進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器16。74LS161的脈沖輸入端CLK腳接入555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的輸出端OUT腳，接受其提供的脈沖觸發(fā)，74LS161開始計(jì)數(shù)工作。初始狀態(tài)為0000，每接收一個CP脈沖后，在時鐘脈沖下升沿遞增為1時，輸出端變成0001，按規(guī)律依次遞增到第十五個CP脈沖的時，輸出端輸出1111。這些輸出代碼為74LS153提供可選的輸入代碼為八個彩燈提供源代碼。本設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)時，需要將將CLR，LOAD，ENP和ENT連接高電平，此時161處于十六進(jìn)制計(jì)數(shù)狀態(tài)，我們需要將分頻計(jì)數(shù)器的四個輸出端

30、接到74LS153的4個輸入端C1、C2、C3，在數(shù)據(jù)選擇器74LS153的作用下實(shí)現(xiàn)四選一輸出，電路圖如下：圖2.4計(jì)數(shù)器74LS161接線設(shè)計(jì)2.3 花樣狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路2.3.1 自動四花樣循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)彩燈四花樣的自動轉(zhuǎn)換，就要使四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153循環(huán)地輸出四種花樣Z1=01010101;Z2=00110011;Z3=00001111;Z4=0000000011111111并使雙D觸發(fā)器74LS74的輸出端接數(shù)據(jù)選擇器74LS153的兩個地址輸入端，雙D觸發(fā)器74LS74能產(chǎn)生00、01、10、11這四鐘循環(huán)的狀態(tài)，從而使選擇器74LS153循環(huán)的選擇一種碼輸出，實(shí)現(xiàn)

31、彩燈的四花樣循環(huán)。表2.6數(shù)據(jù)選擇器74LS153花樣輸出功能說明地址端輸出AB1Y輸出0001010101Z1花樣0100110011Z2花樣1000001111Z3花樣110000000011111111Z4花樣本設(shè)計(jì)中自動循環(huán)控制主要是由自動開關(guān)電路完成的，這里循環(huán)電路的核心部件是雙四位數(shù)據(jù)選擇器74LS153和雙D觸發(fā)器74LS74。首先介紹一下四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153。74LS153是雙四位數(shù)據(jù)選擇器，其中1G，2G為使能端，接低電平有效；A、B為數(shù)據(jù)選擇端，A、B的四個狀態(tài)00、01、10、11，分別對應(yīng)四個輸入中的一個并將之在1Y、2Y端輸出。表2.7雙四位數(shù)據(jù)選擇器74L

32、S153引腳說明引腳引腳代碼引腳功能11G使能端2B數(shù)據(jù)選擇段31C3數(shù)據(jù)輸入端141C2數(shù)據(jù)輸入端151C1數(shù)據(jù)輸入端161C0數(shù)據(jù)輸入端171Y數(shù)據(jù)輸出端18GND接地端92Y數(shù)據(jù)輸出端2102CO數(shù)據(jù)輸入端2112C1數(shù)據(jù)輸入端2122C2數(shù)據(jù)輸入端2132C3數(shù)據(jù)輸入端214A數(shù)據(jù)選擇段152G使能端216VCC集成電路工作電壓輸入端我們這里使用的是其中的一個四位數(shù)據(jù)選擇器，這里用Y1輸出所對應(yīng)的數(shù)據(jù)選擇片，對應(yīng)3、4、5、6引腳為輸入端，1G為使能端接地，A、B為輸出數(shù)據(jù)選擇端與74LS74的輸出端相連構(gòu)成開關(guān)電路，仿真電路中接法如下圖所示：圖2.5開關(guān)電路原理設(shè)計(jì)這里雙D觸發(fā)器74

33、LS74和數(shù)據(jù)選擇器74LS153構(gòu)成了自動循環(huán)控的開關(guān)電路，通過74LS74對多諧振蕩器2的脈沖加法計(jì)數(shù)，74LS74輸出供給74LS153四路輸出所需地址碼，這樣，多諧振蕩器2產(chǎn)生一個上升沿脈沖，74LS74計(jì)數(shù)加一74LS153數(shù)據(jù)輸入端改變一次，完成一次狀態(tài)切換。并且多諧振蕩器2兩個上升沿之間的時間間隔決定了彩燈的單個狀態(tài)所能停留的時間，若要改變，只需調(diào)整構(gòu)成多諧振蕩器2的電位器阻值大小即可，這樣就實(shí)了四種花樣之間的自控切換及單個狀態(tài)停留時間的控制。下面介紹雙D觸發(fā)器74LS74。表2.8雙D觸發(fā)器74LS74管腳功能說明引腳引腳代碼引腳功能11CLR清零端21D觸發(fā)端31CLK時鐘輸

34、入端41PR使能端51Q時鐘輸出端61Q時鐘輸出端7GND接地端82Q時鐘輸出端92Q時鐘輸出端10PR使能端112CLK時鐘輸入端122D觸發(fā)端132CLR清零端14VCC電源端74LS74是一個雙D觸發(fā)器，即它是由兩組D觸發(fā)器構(gòu)成，它的功能就是由D觸發(fā)器作用產(chǎn)生，電路中 1，2，3，4，5，6為一組D觸發(fā)器，8，9，10，11，12，13為另一組D觸發(fā)器如果要得到二分頻脈沖信號，原時鐘需接3端或11端，5端或9端為變換后的時鐘輸出端；D觸發(fā)器的邏輯電路如圖2.6所示。它也是在基本的RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的并且D觸發(fā)器只有一個數(shù)據(jù)端。圖2.6 RS基本觸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)時鐘信號CP = 0

35、時，經(jīng)G3和G4與非門后，得=1、=1，所以D觸發(fā)器得邏輯狀態(tài)保持不變。當(dāng)時鐘信號CP = 1時，經(jīng)G3和G4與非門后，得=、，代入基本RS觸發(fā)器得特性方程可得： (3.2)上式即為D觸發(fā)器特性方程，根據(jù)基本RS觸發(fā)器約束條件： +=+=1 (3.3)所以鐘控D觸發(fā)器輸入端沒有約束條件得限制。從式（3.2）的特性方程可以看出其工作得特點(diǎn)為：CP = 0時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；CP = 1時，觸發(fā)器的輸出端接收輸入端D的數(shù)據(jù)，保存在輸出端。根據(jù)這一特性可以作出其狀態(tài)圖如圖2.6所示，其邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表如表2.9所示。表2.9 D觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換D初態(tài)次態(tài)說明000輸出狀態(tài)與D段輸入狀態(tài)相同010

36、101111如果要得到四分頻脈沖信號，原時鐘需接3端并且5端成為第一級D觸發(fā)器輸出端和第二級D觸發(fā)器的時鐘源端，這里5端接11端，9端為四分頻輸出端；本設(shè)計(jì)接法如下圖：圖2.7雙D觸發(fā)器74LS74接線設(shè)計(jì)多諧振蕩器、雙D觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器共同組成一個電子開關(guān)。多諧振蕩器輸出的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)雙D觸發(fā)器兩位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在它的兩個輸出端得到00、01、10、11四種邏輯狀態(tài)。這四個狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個數(shù)據(jù)通道選擇信號，對應(yīng)從模十六計(jì)數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)選擇器的QA，QB，QC，QD四個分頻信號。其作用相當(dāng)于一個受控的一刀四位的機(jī)械轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)雙D觸發(fā)器輸出為“00”時，數(shù)據(jù)選擇器輸出10000000序

37、列脈沖，為八分頻信號，實(shí)現(xiàn)花樣一；為“10” 時，數(shù)據(jù)選擇器輸出11000000序列脈沖，為八分頻信號，實(shí)現(xiàn)花樣二；為“01” 時數(shù)據(jù)選擇器輸出11110000序列脈沖，為八分頻信號，實(shí)現(xiàn)花樣三；為“11” 時數(shù)據(jù)選擇器輸出1111111100000000序列脈沖，為十六分頻信號，實(shí)現(xiàn)花樣四。調(diào)節(jié)開關(guān)電路的CP脈沖產(chǎn)生電路的電阻，可以改變開關(guān)的切換時間用以選擇每種花樣出現(xiàn)時間的長短17。2.3.2 手動控制四花樣循環(huán)電路的設(shè)計(jì)在實(shí)際生活中，LED燈花樣點(diǎn)亮，很少只是單個花樣的，大多是一個花樣的持續(xù)維持，本設(shè)計(jì)的花樣流水燈也能通過一種控制來實(shí)現(xiàn)單個花樣狀態(tài)的持續(xù)保持，在此引入了2個單刀雙擲開關(guān)串

38、入到了A、B引腳的引出端，即圖中的J1、J2如圖中開關(guān)接法是將74LS74與74LS153連接構(gòu)成自動循環(huán)控制的開關(guān)電路。若按相反打法，則斷開了74LS74于74LS153的連接，進(jìn)入到了單路雙態(tài)的手動控制開關(guān)電路，由圖可以看到，在反打開關(guān)的每一路有引入了一個單刀雙擲開關(guān)J3、J4，這是為了實(shí)現(xiàn)0態(tài)和1態(tài)的選擇，如圖中即為11狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)74LS161輸出中的16分頻信號經(jīng)74LS153輸出送給移位寄存器74LS164，經(jīng)過其移位功能后，控制共陰極LED燈。從18從左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅花樣狀態(tài)。圖2.8手動控制原理設(shè)計(jì)2.4 顯示電路的設(shè)計(jì)74LS164為8位移位寄存器,其主要電特性的

39、典型值如下：當(dāng)清除端（CLR）為低電平時，輸出端（QAQH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng)A、B任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLK）脈沖上升沿作下Q0為低電平。當(dāng)A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)。圖2.9 74LS164移位寄存引腳分布表2.10 74LS164位移寄存器引腳說明引腳引腳代碼引腳功能1A數(shù)據(jù)輸入端2B數(shù)據(jù)輸入端3QA數(shù)據(jù)輸出端4QB數(shù)據(jù)輸出端5QC數(shù)據(jù)輸出端6QD數(shù)據(jù)輸出端8CLR同步清零輸入端9CLK時鐘輸入端10QE數(shù)據(jù)輸出端11QF數(shù)據(jù)輸出端12QG數(shù)據(jù)輸出端13QH數(shù)據(jù)輸出

40、端74LS164移位寄存器的輸入端是A和B，CLR是清零端接電源，CLK時鐘脈沖為上升沿有效，和74LS161共用一個時鐘脈沖信號源，輸出是QA，QB，QC，QD，QE，QF，QG，QH分別接8個要控制的LED燈。其輸入端為接成共端輸入的A、B兩腳，這樣就可以同時輸入兩個相同的四位代碼即為八位輸出提供源代碼。表2.11 74LS164位移寄存器真值 CLKCLRQAQBQCQDQEQFQGQH11100000002001000000300010000040000100005000001000600000010070000000108000000001仿真接線圖如下：圖2.10 74LS164移

41、位寄存器接線設(shè)計(jì)2.5 總電路設(shè)計(jì)經(jīng)過前三章的詳細(xì)介紹，基于數(shù)字邏輯的四路彩燈電路設(shè)計(jì)圖已具雛形，這里做個總體的規(guī)劃設(shè)計(jì)：由設(shè)計(jì)模塊入手從左至右由上至下布放芯片聯(lián)結(jié)系統(tǒng)電路，兩個555定時器構(gòu)成的不同脈沖頻率多謝振蕩器分別向四種碼產(chǎn)生電路和花樣轉(zhuǎn)換電路輸送時鐘脈沖，再加一個顯示電路就構(gòu)成了一個總體電路。該設(shè)計(jì)中，首先用兩片555定時器作為脈沖發(fā)生器，分別產(chǎn)生可可調(diào)的矩形波提供用于為后面的四種碼產(chǎn)生和開關(guān)電路提供脈沖；通過十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161可以實(shí)現(xiàn)對脈沖計(jì)數(shù)從而產(chǎn)生四路脈沖碼輸出；通過4LS153數(shù)據(jù)選擇器可以實(shí)現(xiàn)對74LS161四路輸出的單路選擇分時輸出；通過八位移位寄存器74LS1

42、64可以實(shí)現(xiàn)移位；應(yīng)用雙D觸發(fā)器74LS74和555定時器，組成一個二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，提供輸出脈沖給74LS153的數(shù)據(jù)選擇端作為地址脈沖，來控制四種花樣的自動循環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)兩個相應(yīng)多諧振蕩器中串入的可變電位器阻值的大小,來調(diào)節(jié)單個狀態(tài)維持時間的長短和花樣的切換時間；在74LS153的數(shù)據(jù)選擇端串入兩個單刀雙擲開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動和手動控制的切換8。總設(shè)計(jì)圖由EDA軟件multisim做出，具體布局與接線路徑如附錄三。3 焊接和調(diào)試3.1 彩燈控制器焊接1）設(shè)計(jì)好電路，用multisim仿真11，并修改使其正常運(yùn)行，確定實(shí)際電路中需要的元器件，到市場區(qū)購置元器件及萬能板。2）焊接電路時，考慮到元器

43、件和導(dǎo)線的外在影響，接線時先逐個測量元器件和導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)壞的，立即替換。3）按照設(shè)計(jì)好的電路圖焊接，由于線路錯綜復(fù)雜，局部還需要連錫，所以接線焊接時要徹底透徹的搞懂仿真圖，仔細(xì)謹(jǐn)慎的焊接，一個一個模塊的完成，完全接好，仔細(xì)檢查確定無誤后再打開電源測試。3.2 四路彩燈整個系統(tǒng)的調(diào)試（1）通電后，觀察有無異常現(xiàn)象，看實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與設(shè)計(jì)電路一致，起初發(fā)光二極管不亮，經(jīng)檢查是芯片的電源與接地端沒有連，仿真的時候不用，可現(xiàn)實(shí)需要。之后發(fā)現(xiàn)移位寄存器不移位，原來是CLK沒有接多諧振蕩器輸出端。（2）重新接好后，接通電源，看電路的工作狀態(tài)，看脈沖是否準(zhǔn)確給出秒脈沖，開始時有時無，則一定是管腳接觸不良，可以將

44、自動脈沖切換花樣改為手動脈沖切換花樣，直到電路完整的工作完四個狀態(tài)14。（3）計(jì)數(shù)器和狀態(tài)切換電路的工作電路也是按上述步驟安裝、調(diào)試?？偨Y(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為基于數(shù)字邏輯的四路彩燈，該設(shè)計(jì)由接到題目到論文出稿、仿真成功再到事物做成交付，一路辛苦，一路喜悅，通過這次設(shè)計(jì)我再次感受到理工科的不易，做設(shè)計(jì)需要嚴(yán)謹(jǐn)，做設(shè)計(jì)需要堅(jiān)持，做設(shè)計(jì)要耐得住寂寞，做設(shè)計(jì)要經(jīng)得起反復(fù)試驗(yàn)，本設(shè)計(jì)中電路布局簡單但布線比較繁雜，在焊接布線時要精通各個芯片的管腳分布及其用途，并且要知道各個芯片在具體電路系統(tǒng)中的聯(lián)結(jié)方式。焊接之前需要提前做一下預(yù)算，然后去電子商場購買電子元器件，賣電子元器件過程中發(fā)現(xiàn)許多參數(shù)的元器件不是說要啥參

45、數(shù)就有啥參數(shù)的，許多的元器件只能買到參數(shù)相近的，同時還發(fā)現(xiàn)有些元器件書面名稱和市面名稱叫法不一樣等諸多問題，這可真是實(shí)踐出真知啊，買完本設(shè)計(jì)所需元器件及其焊接工具，根據(jù)仿真原理圖進(jìn)行焊接，焊接過程中又重新溫故了的萬能測量表的使用方法，電容器正負(fù)極的辨別方法，二極管正負(fù)極的辨別方法，以及可變電阻的讀數(shù)方法，在焊接試驗(yàn)的過程中，由于自身焊接技術(shù)不夠熟練，導(dǎo)致電路板上焊點(diǎn)處的焊錫點(diǎn)有的過多有的過少，有的甚至造成短路，使部分電路不能進(jìn)行正常工作；焊接過程中也出現(xiàn)了因?yàn)閷﹄娮釉骷褂貌皇煜ざ闺娮釉骷墓苣_聯(lián)接錯或者出現(xiàn)其他的錯誤，這樣一來同樣造了成整體電路的不正常運(yùn)行。印象最深刻的是焊接的調(diào)試過程

46、了。焊接完檢查之后，電路板接通電源后，八個燈都同時發(fā)亮，且沒有預(yù)期中的花樣變化。剛開始還以為是芯片管腳接線出錯了，經(jīng)過仔細(xì)檢查自認(rèn)為整個電路板焊接無誤后找做好的同學(xué)檢查同學(xué)發(fā)現(xiàn)原來是脈沖發(fā)生電路中兩個電容器的位置接錯了。調(diào)換過來焊接完，電路板接通電源果然成功了。這次經(jīng)歷我也得出經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：做焊接前，一定要弄清原理，再做實(shí)做，否則就可能會走一些不必要的彎路。 時光如梭，四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，我們經(jīng)過一段緊張奮戰(zhàn)，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)部分終于順利結(jié)束，本次設(shè)計(jì)給我的大學(xué)學(xué)習(xí)的最后一段歷程做了一個圓滿的結(jié)束語。七月后，就要結(jié)束我難忘的大學(xué)生活，徹底的成為一個畢業(yè)生，開始游走于社會這所深奧的大學(xué)學(xué)府，繼續(xù)一步步完成我剩下的人生求學(xué)旅途。本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)應(yīng)該可以看作是我四年本科學(xué)習(xí)的又一總結(jié)。 致 謝 時至如今，我的畢業(yè)論文工作基本完結(jié)，一路走來收獲不少，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及內(nèi)容涵蓋四年本科生涯所學(xué)內(nèi)容，接到該設(shè)計(jì)題目我是由毫無頭緒沒有著落開始的，那時我很急到處搜集相關(guān)資料、文擋，詢問同學(xué)和老師以求摸索出清晰科學(xué)的設(shè)計(jì)思路，最讓我感謝的是那場導(dǎo)師見面會，見面會上我們的論文導(dǎo)師馬老師到場后干脆利索的自我介紹后開始詢問我們的準(zhǔn)備情況以及存在的一些待解決問題