彩燈控制器設計與調試課件

彩燈控制器設計簡介：利用移位寄存器和計數器等設計一彩燈控制電路，改變電路的不同工作狀態(tài)，控制彩燈變幻出不同的閃爍效果。電路實用，也可以通過計算機仿真直觀地看到循環(huán)彩燈的控制效果，綜合運用所學數字電路知識，學會設計和調試方法，從而產生濃厚興趣。如果稍微改動控制電路，可以更加完善，完成基于移位寄存器的彩燈控制器設計。

在現代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強人們的感觀，起到廣告宣傳的作用，又可以增添節(jié)日氣氛，為人們的生活增添亮麗，用在舞臺上增強晚會燈光效果，利用控制電路可使彩燈（例如霓虹燈）按一定的規(guī)律不斷的改變狀態(tài)，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電（與全部彩燈始終全亮相比）。因此，彩燈控制電路應用越來越豐富我們的生活，成為我們生活不可缺少的一部分。本課題是利用四位雙向移位寄存器為核心元件實現彩燈的循環(huán)控制。彩燈控制器設計簡介：一、彩燈控制器基本工作原理1.1設計思路：首先，利用555定時器與外部的阻容元件構成脈沖產生電路，再由計數器74160實現計時的功能，為脈沖分配器做好準備。再由移位寄存器74LS194構成編碼發(fā)生電路，由于移位寄存器74LS194上升沿有效，通過對輸入端置數，加上脈沖的驅動來控制彩燈的閃爍，從而使彩燈按照我們的要求變化。整個流程是由控制電路，編碼發(fā)生電路和輸出電路等組成。此綜合實驗講述了計數器芯片74LS160，555定時器，移位寄存器74LS194的基本原理及應用。1.2基本工作原理：

脈沖產生與整形電路555定時器產生脈沖驅動，再由十進制同步計數器74LS160，編碼發(fā)生電路74LS194控制彩燈變化。因此，通過控制74LS194的輸出就可以實現我們想要的彩燈循環(huán)變化。

一、彩燈控制器基本工作原理1.1設計思路：1.3彩燈控制器原理框圖555定時器

74LS194移位寄存器彩燈顯示電路CP脈沖74LS160計數器二、相關芯片及硬件電路設計2.174160十進制同步計數器芯片

74LS160是一個十進制同步計數器，不僅可以對時鐘脈沖進行計數，還可以用在定時、分頻和信號產生等邏輯電路。160的清除端是異步的，當清除端為低電平時，不管時鐘脈沖端CP狀態(tài)如何，即可完成清除工作。

圖1.1彩燈控制器組成框圖A31A42CD4069——A23增加驅動能力模擬區(qū)1.3彩燈控制器原理框圖555圖2.174LS160引腳圖74LS160TC進位輸出端CEP計數控制端P0－P3數據輸入端Q0－Q3輸出端CET計數控制端/PE置入控制端/R清零端CP時鐘脈沖

160的預置是同步的。當置入控制端/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0－Q3與數據輸入端P0－P3一致。160的計數是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現的。當CEP、CET為高電平時，在CP上升沿作用下

Q0－Q3同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。

圖2.174LS160引腳圖74LS160TC進彩燈控制器設計與調試課件74LS160波形記錄（f=1KHZ)CP1QAQBQCQDTC5682347974LS160波形記錄（f=1KHZ)CP1QAQB2.2四位雙向移位寄存器74LS194

移位寄存器是指寄存器中的所存的代碼能夠在移位脈沖的作用下左移或右移。既能左移又能右移的寄存器叫做雙向移位寄存器。只需改變左、右移的控制信號便可以實現雙向移位?？纱休斎胍部梢圆⑿休斎?，可串行輸出也可以并行輸出，同時具有保持和異步清零功能，其引腳如下圖2.2。圖2.274LS194雙向移位寄存器管腳D0、D1、D2、D3為并行輸入端，Q1、Q2、Q3、Q4為并行輸出端。DSR為右移串行輸入端，DSL為左移串行輸入端,S1、S0為操作模式控制端。

RD

為異步清零端，CP為時鐘脈沖端。GNDVCCQ0Q1Q2Q3S1S0CPD0DSRDSLRD1516141312111091234567874LS194D1D2D32.2四位雙向移位寄存器74LS194圖2.27474LS194移位寄存器功能表把移位寄存器的輸出反饋到其串行輸入端，就可進行循環(huán)移位，如圖2.3把輸出端Q3和右移串行輸入端SR相連，設初始狀態(tài)Q3Q2Q1Q0=0001，則在時鐘脈沖作用下，Q3Q2Q1Q0將依次變?yōu)?000→0100→0010→0001→……，可見，它是一個具有四個有效狀態(tài)的計數器，這種類型的計數器通常稱為環(huán)形計數器。圖2.3右移循環(huán)74LS194移位寄存器功能表把移位寄存器的輸出反饋到其串行2.3脈沖輸出及驅動電路2.3.1555定時器圖2.4555定時器內部框圖

TRR71

圖2.5555時基電路管腳振蕩周期：T≈0.69（R1+2R2）C

圖2.6多諧振蕩器1M100K1μF0.01μF845372612.3脈沖輸出及驅動電路圖2.4555定時器內部框圖三、工作原理3.1.編碼發(fā)生器節(jié)拍脈沖花型

1

1000

2

0100

3

0010

4

0001編碼發(fā)生器根據花形的要求，按CP脈沖送出4位狀態(tài)編碼信號，以控制彩燈按規(guī)律亮或滅。因為彩燈路數少，花形要求不多，可選用移位寄存器輸出4路數字信號，控制彩燈的發(fā)光。編碼發(fā)生器采用四位通用移位寄存器74LS194來實現。移位寄存器的4個輸入信號通過驅動電路控制彩燈，編碼發(fā)生器中數據輸入端和控制端的接法由由花型決定。花型按照一定的順序依次閃亮或熄滅。

三、工作原理3.1.編碼發(fā)生器節(jié)拍脈沖花型圖3.174LS194編碼發(fā)生電路圖右移圖3.174LS194編碼發(fā)生電路圖右移3.2控制電路控制電路為編碼器提供所需的節(jié)拍脈沖和驅動信號，控制整個系統(tǒng)工作?？刂齐娐返墓δ苡袃蓚€：一是按需要產生節(jié)拍脈沖；二是產生移位寄存器所需要的各種驅動。節(jié)拍控制脈沖的產生，按照上面分析可知，花形每四拍一循環(huán)。節(jié)拍控制脈沖產生電路由555和74LS160計數器組成。3.2控制電路控制電路為編碼器提供所需的節(jié)拍脈沖圖3.3彩燈控制器電路原理圖CD4069圖3.3彩燈控制器電路原理圖CD4069彩燈控制器調試步驟：彩燈控制器調試步驟：實驗說明：1.流水燈的移動方向由74194的S1、S0端決定，詳見194的功能表，當S1、S2同時為1時置數Q0~Q3為1000，故實驗開始時應先置數，但160此時不一定從0000開始計數，故應選取參考點觀察，如當流水燈逆時針旋轉一次后160中的狀態(tài)為0000，到下一次逆時針旋轉時正好為9次。2.該實驗可以產生多種花樣，可以通過控制194的S1、S0端控制其移動方向，也可以根據自己的喜好自己控制連線。3.綜合實驗項目中用到的線較多，約52根，接線前務必測試導線，接觸保證良好，電路可靠，否則出錯很難檢查。特別注意：模擬數字兩個區(qū)的共地問題！實驗器材：74194、74160、CD4069、555時基電路各1片，可變電阻1M，固定電阻100K、0.01微法及1微法電容及導線若干。實驗說明：實驗器材：74194、74160、CD4069、彩燈控制器設計簡介：利用移位寄存器和計數器等設計一彩燈控制電路，改變電路的不同工作狀態(tài)，控制彩燈變幻出不同的閃爍效果。電路實用，也可以通過計算機仿真直觀地看到循環(huán)彩燈的控制效果，綜合運用所學數字電路知識，學會設計和調試方法，從而產生濃厚興趣。如果稍微改動控制電路，可以更加完善，完成基于移位寄存器的彩燈控制器設計。

在現代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強人們的感觀，起到廣告宣傳的作用，又可以增添節(jié)日氣氛，為人們的生活增添亮麗，用在舞臺上增強晚會燈光效果，利用控制電路可使彩燈（例如霓虹燈）按一定的規(guī)律不斷的改變狀態(tài)，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電（與全部彩燈始終全亮相比）。因此，彩燈控制電路應用越來越豐富我們的生活，成為我們生活不可缺少的一部分。本課題是利用四位雙向移位寄存器為核心元件實現彩燈的循環(huán)控制。彩燈控制器設計簡介：一、彩燈控制器基本工作原理1.1設計思路：首先，利用555定時器與外部的阻容元件構成脈沖產生電路，再由計數器74160實現計時的功能，為脈沖分配器做好準備。再由移位寄存器74LS194構成編碼發(fā)生電路，由于移位寄存器74LS194上升沿有效，通過對輸入端置數，加上脈沖的驅動來控制彩燈的閃爍，從而使彩燈按照我們的要求變化。整個流程是由控制電路，編碼發(fā)生電路和輸出電路等組成。此綜合實驗講述了計數器芯片74LS160，555定時器，移位寄存器74LS194的基本原理及應用。1.2基本工作原理：

脈沖產生與整形電路555定時器產生脈沖驅動，再由十進制同步計數器74LS160，編碼發(fā)生電路74LS194控制彩燈變化。因此，通過控制74LS194的輸出就可以實現我們想要的彩燈循環(huán)變化。

一、彩燈控制器基本工作原理1.1設計思路：1.3彩燈控制器原理框圖555定時器

74LS194移位寄存器彩燈顯示電路CP脈沖74LS160計數器二、相關芯片及硬件電路設計2.174160十進制同步計數器芯片

74LS160是一個十進制同步計數器，不僅可以對時鐘脈沖進行計數，還可以用在定時、分頻和信號產生等邏輯電路。160的清除端是異步的，當清除端為低電平時，不管時鐘脈沖端CP狀態(tài)如何，即可完成清除工作。

圖1.1彩燈控制器組成框圖A31A42CD4069——A23增加驅動能力模擬區(qū)1.3彩燈控制器原理框圖555圖2.174LS160引腳圖74LS160TC進位輸出端CEP計數控制端P0－P3數據輸入端Q0－Q3輸出端CET計數控制端/PE置入控制端/R清零端CP時鐘脈沖

160的預置是同步的。當置入控制端/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0－Q3與數據輸入端P0－P3一致。160的計數是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現的。當CEP、CET為高電平時，在CP上升沿作用下

Q0－Q3同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。

圖2.174LS160引腳圖74LS160TC進彩燈控制器設計與調試課件74LS160波形記錄（f=1KHZ)CP1QAQBQCQDTC5682347974LS160波形記錄（f=1KHZ)CP1QAQB2.2四位雙向移位寄存器74LS194

移位寄存器是指寄存器中的所存的代碼能夠在移位脈沖的作用下左移或右移。既能左移又能右移的寄存器叫做雙向移位寄存器。只需改變左、右移的控制信號便可以實現雙向移位?？纱休斎胍部梢圆⑿休斎?，可串行輸出也可以并行輸出，同時具有保持和異步清零功能，其引腳如下圖2.2。圖2.274LS194雙向移位寄存器管腳D0、D1、D2、D3為并行輸入端，Q1、Q2、Q3、Q4為并行輸出端。DSR為右移串行輸入端，DSL為左移串行輸入端,S1、S0為操作模式控制端。

RD

為異步清零端，CP為時鐘脈沖端。GNDVCCQ0Q1Q2Q3S1S0CPD0DSRDSLRD1516141312111091234567874LS194D1D2D32.2四位雙向移位寄存器74LS194圖2.27474LS194移位寄存器功能表把移位寄存器的輸出反饋到其串行輸入端，就可進行循環(huán)移位，如圖2.3把輸出端Q3和右移串行輸入端SR相連，設初始狀態(tài)Q3Q2Q1Q0=0001，則在時鐘脈沖作用下，Q3Q2Q1Q0將依次變?yōu)?000→0100→0010→0001→……，可見，它是一個具有四個有效狀態(tài)的計數器，這種類型的計數器通常稱為環(huán)形計數器。圖2.3右移循環(huán)74LS194移位寄存器功能表把移位寄存器的輸出反饋到其串行2.3脈沖輸出及驅動電路2.3.1555定時器圖2.4555定時器內部框圖

TRR71

圖2.5555時基電路管腳振蕩周期：T≈0.69（R1+2R2）C

圖2.6多諧振蕩器1M100K1μF0.01μF845372612.3脈沖輸出及驅動電路圖2.4555定時器內部框圖三、工作原理3.1.編碼發(fā)生器節(jié)拍脈沖花型

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0001編碼發(fā)生器根據花形的要求，按CP脈沖送出4位狀態(tài)編碼信號，以控制彩燈按規(guī)律亮或滅。因為彩燈路數少，花形要求不多，可選用移位寄存器輸出4路數字信號，控制彩燈的發(fā)光。編碼發(fā)生器采用四位通用移位寄存器74LS194來實現。移位寄存器的4個輸入信號通過驅動電路控制彩燈，編碼發(fā)生器中數據輸入端和控制端的接法由由花型決定。花型按照一定的順序依次閃亮或熄滅。

三、工作原理3.1.編碼發(fā)生