四花樣彩燈控制器四花樣彩燈控制器設(shè)計(jì)

四花樣彩燈控制器四花樣彩燈控制器設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說明書 課程設(shè)計(jì)名稱： 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 四花樣彩燈控制器 學(xué) 院 名 稱 ： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 通信工程 班級(jí)： * 學(xué)號(hào)： * 姓名： * 評(píng)分： 教師： * 20 年 月 日 數(shù)字電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 20 20 學(xué)年 第 學(xué)期 第 周 周 注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長(zhǎng)一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。 2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績(jī)單”一并交院教務(wù)存檔。 摘要 本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)用了彩燈控制器的原理，主要采用74LS93模十六計(jì)數(shù)器和555多諧振蕩器，實(shí)現(xiàn)了四花樣自動(dòng)循環(huán)變換。 首先要分析設(shè)計(jì)要求，從要實(shí)現(xiàn)四花樣入手推導(dǎo)出要使用的芯片?？赏ㄟ^八位右移寄存器74LS164實(shí)現(xiàn)八個(gè)彩燈的向右移動(dòng)，從它的右移輸入端輸入四種碼來實(shí)現(xiàn)它的四種花樣。根據(jù)四種花樣來確定這四種碼，而這四種碼可通過模十六計(jì)數(shù)器74LS93產(chǎn)生。要實(shí)現(xiàn)彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，把四種碼輸入四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153的四個(gè)輸入端，它的地址輸入端接雙D觸發(fā)器74LS74的兩個(gè)輸出端，74LS74可產(chǎn)生四種循環(huán)的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。時(shí)鐘信號(hào)由兩個(gè)555產(chǎn)生，一個(gè)產(chǎn)生周期為0.721秒的矩形脈沖控制模十六計(jì)數(shù)器74LS93和八位右移寄存器74LS164,另一個(gè)產(chǎn)生周期為14.01秒的脈沖控制雙D觸發(fā)器。當(dāng)彩燈完成一種花樣時(shí)，雙D觸發(fā)器輸出狀態(tài)改變，數(shù)據(jù)選擇器選擇另一種碼輸出，彩燈變?yōu)橄乱环N花樣，直到完成四種花樣再循環(huán)變化。 關(guān)鍵詞：彩燈控制器、移位寄存器、數(shù)據(jù)選擇器、時(shí)鐘脈沖、自動(dòng)轉(zhuǎn)換 目錄 前言 . 1 第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 . 2 1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 . 2 1.2 設(shè)計(jì)要求 . 2 1.3 主要參考元器件 . 2 第二章 系統(tǒng)組成及工作原理 . 3 2.1 系統(tǒng)組成框圖 . 3 2.2 工作原理分析 . 3 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)方案 . 5 3.1 方案一 . 5 3.2 方案二 . 6 3.3 單元電路設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算及器件選擇 . 7 3.3.1 時(shí)序脈沖電路 . 7 3.3.2 四種碼產(chǎn)生電路 . 9 3.3.3 彩燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路 . 12 3.3.4 整機(jī)電路分析 . 15 第四章 軟件設(shè)計(jì)仿真 . 16 4.1 電路仿真圖 . 16 第五章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試和測(cè)試結(jié)果與分析. 19 5.1 電路的焊接和安裝 . 19 5.2 電路的調(diào)試 . 19 第六章 結(jié)論 . 22 _ . 23 附錄A 花樣彩燈控制器原理總圖. 24 附錄B 各個(gè)芯片的管腳功能圖 . 25 附錄C 元器件清單 . 26 前言 彩燈控制器有著非常廣泛的運(yùn)用，如：LED彩燈，音樂彩燈控制器，二維彩燈控制器等等。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，城市景觀、風(fēng)景名勝、道路橋梁、建筑輪廓、娛樂場(chǎng)所、戶外廣告、室內(nèi)裝飾等美化、亮化工程，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚。 二維彩燈控制器可控制五路彩燈逐行遞增點(diǎn)亮，再逐行遞減熄滅。若將一定數(shù)量的彩色燈組合聯(lián)接，就能營造出平面上色彩變化的場(chǎng)景，這比通?？刂埔粭l線上的色彩流動(dòng)更加豐富絢麗。控制器采用數(shù)字集成塊，外圍元器件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只要元器件完好、裝接無誤，裝后無須調(diào)試即可一舉成功。 音樂彩燈控制器是專用于卡拉ok廳 KTV包房的彩燈控制設(shè)備，其最大優(yōu)點(diǎn)是不與電視音響等設(shè)備有任何連接，本設(shè)備通過檢測(cè)包房里的環(huán)境音頻信號(hào)強(qiáng)弱來控制通過彩燈的電流大?。戳涟党潭龋﹣砗嫱袏蕵返呐d趣的目的，也就是隨著聲音的大小而使彩燈閃爍，歌聲和彩燈一起跳動(dòng)，從而讓唱歌人激情高漲，留連忘返。 本次實(shí)驗(yàn)主要研究的是四花樣彩燈控制器，應(yīng)用的是數(shù)字邏輯電路的有關(guān)知識(shí)，是進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)進(jìn)行復(fù)雜彩燈設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。 第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一四花樣自動(dòng)切換的彩燈控制器。 1.2 設(shè)計(jì)要求 (1)彩燈一亮一滅,從左向右移動(dòng)。 (2)彩燈兩亮兩滅，從左向右移動(dòng)。 (3)四亮四滅，從左向右移動(dòng)。 (4)從18從左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅。 (5)四種花樣自動(dòng)變換。 1.3 主要參考元器件 芯片：555定時(shí)器，模十六計(jì)數(shù)器74LS93，雙D觸發(fā)器74LS74，四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153，八位移位寄存器74LS164。 第二章 系統(tǒng)組成及工作原理 2.1 系統(tǒng)組成框圖 圖2.1 系統(tǒng)組成框圖 各模塊的組成及功能分析： 1.時(shí)鐘電路：由兩個(gè)555和電阻電容組成，構(gòu)成兩個(gè)多諧振蕩器，一個(gè)周期為0721秒，控制計(jì)數(shù)器和寄存器，另一個(gè)周期為14.01秒，控制雙D觸發(fā)器。 2.四種碼產(chǎn)生電路:由模十六計(jì)數(shù)器74LS93產(chǎn)生四種碼。 3.自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路：由雙D觸發(fā)器74LS74和四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153組成，雙D的兩輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端，它能產(chǎn)生兩位循環(huán)二進(jìn)制碼，每改變一種狀態(tài)，數(shù)據(jù)選擇器選擇一種碼輸出，使彩燈花樣自動(dòng)循環(huán)。 4.數(shù)據(jù)輸出電路：由八位移位寄存器74LS164和八個(gè)彩燈組成，選擇輸出的每一種碼輸入到寄存器的數(shù)據(jù)輸入端，使碼在寄存器的八個(gè)輸出端自左向右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)彩燈的花樣。 2.2 工作原理分析 從多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器；另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動(dòng)的速度，得到不同的動(dòng)態(tài)效果。 多諧振蕩器、雙D觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器共同組成一個(gè)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(gè)輸出端得到00、01、10、11四種邏輯狀態(tài)。這四個(gè)狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個(gè)數(shù)據(jù)通道選擇信號(hào)，對(duì)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(gè)分頻信號(hào)。其作用相當(dāng)于一個(gè)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(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出10000000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣一；為“10” 時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出11000000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣二；為“01” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出11110000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣三；為“11” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出*0序列脈沖，為十六分頻信號(hào)，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(shí)間用以選擇每種花樣出現(xiàn)時(shí)間的長(zhǎng)短。 數(shù)據(jù)選擇器的輸出端接移位寄存器的輸入端，在時(shí)鐘脈沖的作用下，數(shù)據(jù)在移位寄存器的八位并行輸出端從Q0到Q7順序移動(dòng)。移動(dòng)的八位控制信號(hào)直接控制發(fā)光二極管的亮滅，就出現(xiàn)了八路四花樣自動(dòng)循環(huán)切換的流水彩燈。 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)方案 3.1 方案一 用多諧振蕩器的輸出端作為雙D觸發(fā)器的時(shí)鐘。計(jì)數(shù)器每計(jì)八個(gè)數(shù)，QD由低電平變?yōu)楦唠娖?，雙D觸發(fā)器的狀態(tài)改變，四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153選擇下一種碼輸出，彩燈變?yōu)榱硪环N花樣，以后四種花樣循環(huán)改變。如圖3.1所示。 圖3.1 方案一 由兩個(gè)多諧振蕩器輸出脈沖信號(hào)，從一個(gè)多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖CP端；數(shù)據(jù)從74LS161十六位計(jì)數(shù)器的輸出端QA，QB，QC，QD輸出，經(jīng)過與門和非門用來控制和改變74LS161輸出的數(shù)據(jù)，最終輸入到四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153的數(shù)據(jù)輸入端1C0，1C1，1C2，1C3。另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入端。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動(dòng)的速度，得到不同的動(dòng)態(tài)效果。從另一個(gè)多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)，輸出到雙D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，由雙D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)四分頻，用雙D觸發(fā)器的輸出端Q1、Q2控制選擇器的地址輸入端，使數(shù)據(jù)選擇器自動(dòng)選擇一種碼輸出，實(shí)現(xiàn)彩燈花樣的自動(dòng)控制。然后，從輸出端輸出到四選一選擇器的輸入端A，B。從四選一選擇器的輸出端輸出到八位寄存器的輸入端，寄存器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關(guān)電路輸出的四種碼，這四種碼在移位寄存器的八位并行輸出端從QA向QH移動(dòng)，輸出四種彩燈花樣。 此方案會(huì)使彩燈花樣一（或花樣二）每次循環(huán)時(shí)只有一個(gè)（或兩個(gè)）燈亮，符合 設(shè)計(jì)要求。 3.2 方案二 彩燈控制器電原理圖如圖3.2所示。該電路由兩個(gè)NE555接成多諧振蕩器， 4位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS93接成16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其4個(gè)輸出端可分別輸出對(duì)計(jì)數(shù)脈沖的2、4、8、16分頻信號(hào)，雙D觸發(fā)器74LS74接成兩位2進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，雙4選l數(shù)據(jù)選擇器74LSl53只用其一組4選1數(shù)據(jù)通道，3位單向移位寄存器74LSl64是產(chǎn)生移動(dòng)燈光信號(hào)的核心器件。如圖3.2所示。 圖3.2 方案二 從上面A2的OUT端出來的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到U3的14腳；另一路作為移位時(shí)鐘脈沖加到U1的8腳。調(diào)節(jié)R2改變A2的振蕩頻率，可以改變燈光的移動(dòng)速度，以得到不同的動(dòng)態(tài)效果。 A1、U2A、U2B共同組成了一個(gè)電子開關(guān)。A1輸出的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)U2A、U2B兩位二進(jìn)制計(jì)數(shù)，在U2A、U2B的兩個(gè)輸出端共可得到“00”“11”4個(gè)邏輯狀態(tài)。這4個(gè)狀態(tài)作為U4的4個(gè)數(shù)據(jù)通道選擇信號(hào)，對(duì)應(yīng)從A2輸送到U3的QA、QB、QC、QD4個(gè)分頻信號(hào)。其作用相當(dāng)于一個(gè)受控的一刀四位的機(jī)械轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)U2A、U2B輸出為“00”時(shí)，選通U4的6腳；為“01”時(shí)，選定U4的5腳；為“10”時(shí)，選定U4的4腳；為“11”時(shí)，選定U4的3腳。調(diào)節(jié)R5改變A1的輸出脈沖周期，可以改變開關(guān)的切換時(shí)間，用以選擇每種花樣出現(xiàn)時(shí)間的長(zhǎng)短。 從U4的7腳輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)送到U1的輸入端，在時(shí)鐘脈沖作用下，數(shù)據(jù)在U1的8位并行輸出端從Q0一Q7順序移動(dòng)。這一移動(dòng)的8位控制信號(hào)經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)電路去推動(dòng)8路彩燈，就出現(xiàn)了8路4花樣自動(dòng)循環(huán)切換的流水彩燈。 此方案會(huì)使彩燈花樣一（或花樣二）每次循環(huán)時(shí)依次有一個(gè)（或兩個(gè)）燈亮，每次總共有四個(gè)燈亮，也符合設(shè)計(jì)要求。 方案比較：方案一和方案二在花樣一和花樣二的功能上雖然不盡相同，但都基本符合設(shè)計(jì)要求，然而方案一相對(duì)來說所用元件比方案二更多，電路更為復(fù)雜，所以選用方案二。 3.3 單元電路設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算及器件選擇 3.3.1 時(shí)序脈沖電路 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路由NE555定時(shí)器、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容構(gòu)成。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，由于使用靈活、方便，所以555定時(shí)器再波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等多種領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路主要由555定時(shí)器芯片來實(shí)現(xiàn)，555芯片管腳圖如圖3.3所示。 圖3.3 555芯片管腳圖 555定時(shí)器內(nèi)部主要有以下幾部分構(gòu)成： （1）電阻分壓器。由3個(gè)5 K的電阻組成。 （2）電壓比較器。由C1和C2組成，當(dāng)控制輸入端懸空時(shí)，C1和C2的基準(zhǔn)電壓分別是2/3V和1/3V。 (3)基本RS觸發(fā)器。由兩個(gè)與非門G1和G2構(gòu)成，對(duì)兩個(gè)比較器輸出的電壓進(jìn)行控制。 (4)放電三極管VT。VT是集成極開路的三極管，VT的集成極作為定時(shí)器的引出 端D。 (5)緩沖器。由G3和G4構(gòu)成，以提高電路的負(fù)載能力。 引腳功能:1腳位接地端；2腳是低電平觸發(fā)端入端；3腳是輸出端；4腳是復(fù)位端；5腳是電壓控制端；6腳是高電平觸發(fā)端入端；7腳是放電端；8腳是電源端。 時(shí)鐘電路圖如圖3.4所示： 圖3.4 時(shí)鐘電路圖 用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖,其周期為: T?0.7?R1?2R2?C (3-1) 要用兩個(gè)555產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘脈沖,兩個(gè)時(shí)鐘電路是相同的。 一個(gè)控制74LS93模十六計(jì)數(shù)器和八位移位寄存器,要能看到彩燈的流動(dòng),為方便計(jì)算，其周期可先設(shè)為1秒, 電阻值和電容值可設(shè)為： R1?1k? R2?51k? C1?10uF C2?0.01uF?10nF 為方便調(diào)試選用電位器100k?，由公式（3-1）計(jì)算得：T=0.721s 時(shí)鐘電路的輸出一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器74LS93；另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器74LS164。 另一個(gè)555產(chǎn)生的矩形脈沖控制彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,其周期設(shè)為模十六計(jì)數(shù)器的10倍,改變R2、R4的阻值即可，可設(shè)為： R3?1k? R4?514.5k? C3?10uF C4?0.01uF?10nF 為方便調(diào)試選用電位器1M?，由公式（3-1）計(jì)算得：T=14.42s 工作原理: 多諧振蕩器的輸出波形圖，如圖3.5所示。 圖3.5 多諧振蕩器的輸出波形圖 接通電源后，VCC經(jīng)R1，R2給電容C充電。由于電容上電壓不能突變，電源剛接通時(shí)Vc=0，當(dāng)Vc上升到大于V3時(shí)，RD=1，SD=1，基本RS觸發(fā)器狀況不變，即輸出端Q仍為高電平，當(dāng)VC上升到略大于2VCC3時(shí)，Rn=0，SD=1，基本RS觸發(fā)器置0，輸出端Q為低電平。這時(shí)Q=1，使內(nèi)部放電管飽合導(dǎo)通。于是電容C經(jīng)R2和內(nèi)部放電管放電，Uc按指數(shù)規(guī)律減小。 當(dāng)Vc下降略小于V3時(shí)，內(nèi)部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。這時(shí)，Q=0，內(nèi)部放電管截止。于是C結(jié)束放電并重新開始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列矩形脈沖。 3.3.2 四種碼產(chǎn)生電路 四種碼產(chǎn)生電路的核心器件是74LS93構(gòu)成十六位計(jì)數(shù)器，模十六計(jì)數(shù)器74LS93芯片管腳圖如圖3.6所示。 圖3.6 74LS93管腳圖 74LS93具有以下功能： (1)復(fù)位。當(dāng)R01=1、RO2=1，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，不論有無時(shí)鐘CP，計(jì)數(shù)器輸出將直接置零(QDQCQBQA)=0000，稱為復(fù)位。 (2)計(jì)數(shù)。當(dāng)R01=1、RO2=X或R01=X、RO2=1時(shí)，將INB接QA端，在輸入脈沖上升沿的作用時(shí)，在INA端輸入計(jì)數(shù)脈沖作用下，計(jì)數(shù)器進(jìn)行二進(jìn)制加法器計(jì)數(shù)。 四種碼產(chǎn)生電路如圖3.7所示。 圖3.7 四種碼產(chǎn)生電路圖 四種碼產(chǎn)生電路根據(jù)彩燈要實(shí)現(xiàn)的四花樣,得到四種碼產(chǎn)生電路要產(chǎn)生的碼，如表3.1所示。 這四種碼可由模十六計(jì)數(shù)器74LS93產(chǎn)生。十六進(jìn)制計(jì)器的真值表如表3. 2所示。 表3.2 計(jì)數(shù)器真值表 工作原理:由模十六計(jì)數(shù)器74LS93構(gòu)成四種碼產(chǎn)生電路，最終產(chǎn)生四種不同的碼，來實(shí)現(xiàn)彩燈的四花樣。數(shù)據(jù)從74LS93十六位計(jì)數(shù)器的輸出端QA，QB，QC，QD輸出，最終輸入到四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153的數(shù)據(jù)輸入端1C0，1C1，1C2，1C3。 3.3.3 彩燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路 彩燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路由雙D觸發(fā)器和雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153，雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153芯片管腳圖如圖3.8所示。 圖3.8 74LS153管腳圖 要實(shí)現(xiàn)彩燈四花樣的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，就要使四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153循環(huán)地輸出Z1、Z2、Z3、Z4，也就要使它的地址輸入端輸入四種狀態(tài)并循環(huán)轉(zhuǎn)變，可用雙D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。 設(shè)雙D觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q1Q2 =00可得，Q1、Q2的狀態(tài)變換順序?yàn)?001111000，實(shí)現(xiàn)四分頻。用雙D觸發(fā)器的輸出端Q1、Q2控制選擇器的地址輸入端，使數(shù)據(jù)選擇器自動(dòng)選擇一種碼輸出，實(shí)現(xiàn)彩燈花樣的自動(dòng)控制。 自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路如圖3.9所示。 圖 3.9 自動(dòng)控制電路 74LS153數(shù)據(jù)選擇器的功能表如表3.3所示。 工作原理：數(shù)據(jù)從多諧振蕩器的輸出端輸出，輸入到雙D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，然后從雙D觸發(fā)器的輸出端，輸出到雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153的地址輸入端。 由表3.3可知，A、B循環(huán)轉(zhuǎn)變，輸1Y循環(huán)選擇四種碼Z1、Z2、Z3、Z4輸出，使彩燈的四花樣自動(dòng)循環(huán)改變。 位移位寄存器74LS164芯片管腳圖如圖3.10所示。 圖3.10 74LS164管腳圖 當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（QA-QH）均為低電平，串行數(shù)據(jù)輸出端(A，B)可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A,B任意一個(gè)為低電平時(shí)，則禁止新的數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLEAR）脈沖作用下為低電平，當(dāng)A、B有一個(gè)為高電平時(shí)則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CELAR上升沿作用下決定QA的狀態(tài)。 74LS164的引腳功能： CLOC：時(shí)鐘輸入端； CELAR：清除端（低電平有效）； A、B：行數(shù)據(jù)輸入端； QAQH：輸出端。 花樣輸出電路如圖3.11所示。 圖3.11 花樣輸出電路圖 當(dāng)輸入移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端的碼為10000000時(shí)，清零后在移位脈沖CP的作用下，寄存器數(shù)碼移動(dòng)情況如表3.4所示。 表3.4 寄存器數(shù)碼移動(dòng)情況表 工作原理輸出電路由八位移位寄存器74LS164、八個(gè)彩燈和八個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻構(gòu)成。寄存器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關(guān)電路輸出的四種碼，這四種碼在移位寄存器的八位并行 輸出端從QA向QH移動(dòng)，輸出四種彩燈花樣。由表4-4可看出，輸入碼中的那位高電平“1”從寄存器的輸出端QA經(jīng)八個(gè)移位脈沖CP作用后逐漸到了QH，使輸出端所連接的彩燈依次點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)了彩燈依次點(diǎn)亮的花樣。當(dāng)輸入另外的三種碼時(shí)，寄存器的數(shù)碼移動(dòng)原理相似，所以就不累贅了。 3.3.4 整機(jī)電路分析 根據(jù)單元電路可得到整機(jī)工作原理圖，如圖3.12。 圖3.12 四花樣彩燈循環(huán)的整機(jī)電路圖 整機(jī)電路工作原理： 由A1和A2組成的兩個(gè)多諧振蕩器輸出脈沖信號(hào)，從A1多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器74LS93的INA端，數(shù)據(jù)從74LS93十六位計(jì)數(shù)器的輸出端QA，QB，QC，QD輸出，再輸入到四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153的數(shù)據(jù)輸入端1C0，1C1，1C2，1C3。另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器74LS164的時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入端。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動(dòng)的速度，得到不同的動(dòng)態(tài)效果。 從A2多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)，輸出到雙D觸發(fā)器74LS74的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，由雙D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)四分頻，用雙D觸發(fā)器的輸出端Q1、Q2控制選擇器的地址輸入端A、B，使數(shù)據(jù)選擇器74LS153自動(dòng)選擇一種碼輸出，實(shí)現(xiàn)彩燈花樣的自動(dòng)控制。 最終，從四選一選擇器的輸出端Y7輸出到八位寄存器的A、B輸入端，寄存器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關(guān)電路輸出的四種碼，這四種碼在移位寄存器的八位并行輸出端從QA向QH移動(dòng)，輸出四種彩燈花樣。 第四章 軟件設(shè)計(jì)仿真 4.1 電路仿真圖 本設(shè)計(jì)采用Multisim仿真軟件對(duì)硬件部分進(jìn)行仿真。整機(jī)仿真電路圖如圖4.1所示 . 圖4.1 整機(jī)仿真電路圖 一個(gè)燈循環(huán)仿真圖，如圖 4.2所示： 圖 4.2 一個(gè)燈循環(huán)仿真圖 兩個(gè)燈循環(huán)仿真圖，如圖4.3所示： 圖 4.3 兩個(gè)燈循環(huán)仿真圖 四個(gè)燈循環(huán)仿真圖，如圖4.4所示： 圖4.4 四個(gè)等循環(huán)圖 八個(gè)燈循環(huán)仿真圖，如圖4.5所示： 圖4.5 八個(gè)燈循環(huán)仿真圖 第五章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試和測(cè)試結(jié)果與分析 5.1 電路的焊接和安裝 首先進(jìn)行整體布局的構(gòu)思，使元器件分布合理、整體上更加美觀；然后將整體電路分模塊進(jìn)行焊接，每個(gè)模塊焊接完成后先測(cè)試模塊電路的功能，再進(jìn)行下一個(gè)模塊的焊接；焊接時(shí)按照先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊的原則焊接元件；布線盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；焊接時(shí)不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因?yàn)橛行┢骷?，不能耐高溫?電烙鐵不能停留太久。 5.2 電路的調(diào)試 1.調(diào)試使用的主要儀器: 數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源。 2.模塊電路調(diào)試的方法和技巧:先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好，再根據(jù)電路出現(xiàn)的故障，確定可能的原因，分析出現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)誤，直到符合要求為止。 3.整體電路調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法： 彩燈的四種花樣都有，但不能形成每個(gè)花樣完整循環(huán)一次以上即花樣混亂。原因可能是數(shù)據(jù)選擇器輸出的兩種碼之間的間隔大于彩燈每一種狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間，使彩燈的一種花樣完成后并沒有進(jìn)入另一種狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入另一種狀態(tài)時(shí)上一種狀態(tài)的多余碼進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，故出現(xiàn)了混亂的狀態(tài)?？筛淖儍蓚€(gè)多諧電路CP脈沖的周期比，即改變兩個(gè)555多諧電路的電阻，使得一種花樣完成后，數(shù)據(jù)選擇器地址輸入端