彩燈控制器設(shè)計(jì)與調(diào)試課件

彩燈控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介：利用移位寄存器和計(jì)數(shù)器等設(shè)計(jì)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(shí)用，也可以通過計(jì)算機(jī)仿真直觀地看到循環(huán)彩燈的控制效果，綜合運(yùn)用所學(xué)數(shù)字電路知識(shí)，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，從而產(chǎn)生濃厚興趣。如果稍微改動(dòng)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(shè)計(jì)。

在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強(qiáng)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(tái)上增強(qiáng)晚會(huì)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(yīng)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(shí)現(xiàn)彩燈的循環(huán)控制。彩燈控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介：一、彩燈控制器基本工作原理1.1設(shè)計(jì)思路：首先，利用555定時(shí)器與外部的阻容元件構(gòu)成脈沖產(chǎn)生電路，再由計(jì)數(shù)器74160實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的功能，為脈沖分配器做好準(zhǔn)備。再由移位寄存器74LS194構(gòu)成編碼發(fā)生電路，由于移位寄存器74LS194上升沿有效，通過對(duì)輸入端置數(shù)，加上脈沖的驅(qū)動(dòng)來控制彩燈的閃爍，從而使彩燈按照我們的要求變化。整個(gè)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(shí)驗(yàn)講述了計(jì)數(shù)器芯片74LS160，555定時(shí)器，移位寄存器74LS194的基本原理及應(yīng)用。1.2基本工作原理：

脈沖產(chǎn)生與整形電路555定時(shí)器產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)，再由十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)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(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)思路：1.3彩燈控制器原理框圖555定時(shí)器

74LS194移位寄存器彩燈顯示電路CP脈沖74LS160計(jì)數(shù)器二、相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計(jì)2.174160十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器芯片

74LS160是一個(gè)十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，不僅可以對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還可以用在定時(shí)、分頻和信號(hào)產(chǎn)生等邏輯電路。160的清除端是異步的，當(dāng)清除端為低電平時(shí)，不管時(shí)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(qū)動(dòng)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(jìn)位輸出端CEP計(jì)數(shù)控制端P0－P3數(shù)據(jù)輸入端Q0－Q3輸出端CET計(jì)數(shù)控制端/PE置入控制端/R清零端CP時(shí)鐘脈沖

160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制端/PE為低電平時(shí)，在CP上升沿作用下，輸出端Q0－Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0－P3一致。160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下

Q0－Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。

圖2.174LS160引腳圖74LS160TC進(jìn)彩燈控制器設(shè)計(jì)與調(diào)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(hào)便可以實(shí)現(xiàn)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(shí)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(shí)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(jìn)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(shè)初始狀態(tài)Q3Q2Q1Q0=0001，則在時(shí)鐘脈沖作用下，Q3Q2Q1Q0將依次變?yōu)?000→0100→0010→0001→……，可見，它是一個(gè)具有四個(gè)有效狀態(tài)的計(jì)數(shù)器，這種類型的計(jì)數(shù)器通常稱為環(huán)形計(jì)數(shù)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(qū)動(dòng)電路2.3.1555定時(shí)器圖2.4555定時(shí)器內(nèi)部框圖

TRR71

圖2.5555時(shí)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(qū)動(dòng)電路圖2.4555定時(shí)器內(nèi)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(jù)花形的要求，按CP脈沖送出4位狀態(tài)編碼信號(hào)，以控制彩燈按規(guī)律亮或滅。因?yàn)椴薀袈窋?shù)少，花形要求不多，可選用移位寄存器輸出4路數(shù)字信號(hào)，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(shí)現(xiàn)。移位寄存器的4個(gè)輸入信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路控制彩燈，編碼發(fā)生器中數(shù)據(jù)輸入端和控制端的接法由由花型決定?；ㄐ桶凑找欢ǖ捻樞蛞来伍W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(qū)動(dòng)信號(hào)，控制整個(gè)系統(tǒng)工作?？刂齐娐返墓δ苡袃蓚€(gè)：一是按需要產(chǎn)生節(jié)拍脈沖；二是產(chǎn)生移位寄存器所需要的各種驅(qū)動(dòng)。節(jié)拍控制脈沖的產(chǎn)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(chǎn)生電路由555和74LS160計(jì)數(shù)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(diào)試步驟：彩燈控制器調(diào)試步驟：實(shí)驗(yàn)說明：1.流水燈的移動(dòng)方向由74194的S1、S0端決定，詳見194的功能表，當(dāng)S1、S2同時(shí)為1時(shí)置數(shù)Q0~Q3為1000，故實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先置數(shù)，但160此時(shí)不一定從0000開始計(jì)數(shù)，故應(yīng)選取參考點(diǎn)觀察，如當(dāng)流水燈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一次后160中的狀態(tài)為0000，到下一次逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)正好為9次。2.該實(shí)驗(yàn)可以產(chǎn)生多種花樣，可以通過控制194的S1、S0端控制其移動(dòng)方向，也可以根據(jù)自己的喜好自己控制連線。3.綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中用到的線較多，約52根，接線前務(wù)必測(cè)試導(dǎo)線，接觸保證良好，電路可靠，否則出錯(cuò)很難檢查。特別注意：模擬數(shù)字兩個(gè)區(qū)的共地問題！實(shí)驗(yàn)器材：74194、74160、CD4069、555時(shí)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(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)說明：實(shí)驗(yàn)器材：74194、74160、CD4069、彩燈控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介：利用移位寄存器和計(jì)數(shù)器等設(shè)計(jì)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(shí)用，也可以通過計(jì)算機(jī)仿真直觀地看到循環(huán)彩燈的控制效果，綜合運(yùn)用所學(xué)數(shù)字電路知識(shí)，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，從而產(chǎn)生濃厚興趣。如果稍微改動(dòng)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(shè)計(jì)。

在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強(qiáng)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(tái)上增強(qiáng)晚會(huì)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(yīng)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(shí)現(xiàn)彩燈的循環(huán)控制。彩燈控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介：一、彩燈控制器基本工作原理1.1設(shè)計(jì)思路：首先，利用555定時(shí)器與外部的阻容元件構(gòu)成脈沖產(chǎn)生電路，再由計(jì)數(shù)器74160實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的功能，為脈沖分配器做好準(zhǔn)備。再由移位寄存器74LS194構(gòu)成編碼發(fā)生電路，由于移位寄存器74LS194上升沿有效，通過對(duì)輸入端置數(shù)，加上脈沖的驅(qū)動(dòng)來控制彩燈的閃爍，從而使彩燈按照我們的要求變化。整個(gè)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(shí)驗(yàn)講述了計(jì)數(shù)器芯片74LS160，555定時(shí)器，移位寄存器74LS194的基本原理及應(yīng)用。1.2基本工作原理：

脈沖產(chǎn)生與整形電路555定時(shí)器產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)，再由十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)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(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)思路：1.3彩燈控制器原理框圖555定時(shí)器

74LS194移位寄存器彩燈顯示電路CP脈沖74LS160計(jì)數(shù)器二、相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計(jì)2.174160十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器芯片

74LS160是一個(gè)十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，不僅可以對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還可以用在定時(shí)、分頻和信號(hào)產(chǎn)生等邏輯電路。160的清除端是異步的，當(dāng)清除端為低電平時(shí)，不管時(shí)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(qū)動(dòng)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(jìn)位輸出端CEP計(jì)數(shù)控制端P0－P3數(shù)據(jù)輸入端Q0－Q3輸出端CET計(jì)數(shù)控制端/PE置入控制端/R清零端CP時(shí)鐘脈沖

160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制端/PE為低電平時(shí)，在CP上升沿作用下，輸出端Q0－Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0－P3一致。160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下

Q0－Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。

圖2.174LS160引腳圖74LS160TC進(jìn)彩燈控制器設(shè)計(jì)與調(diào)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(hào)便可以實(shí)現(xiàn)雙向移位。可串行輸入也可以并行輸入，可串行輸出也可以并行輸出，同時(shí)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(shí)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(jìn)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(shè)初始狀態(tài)Q3Q2Q1Q0=0001，則在時(shí)鐘脈沖作用下，Q3Q2Q1Q0將依次變?yōu)?000→0100→0010→0001→……，可見，它是一個(gè)具有四個(gè)有效狀態(tài)的計(jì)數(shù)器，這種類型的計(jì)數(shù)器通常稱為環(huán)形計(jì)數(shù)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(qū)動(dòng)電路2.3.1555定時(shí)器圖2.4555定時(shí)器內(nèi)部框圖

TRR71

圖2.5555時(shí)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(qū)動(dòng)電路圖2.4555定時(shí)器內(nèi)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

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0100

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0010

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0001編碼發(fā)生器根據(jù)花形的要求，按CP脈沖送出4位狀態(tài)編碼信號(hào)，以控制彩燈按規(guī)律亮或滅。因?yàn)椴薀袈窋?shù)少，花形要求不多，可選用移位寄存器輸出4路數(shù)字信號(hào)，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(shí)現(xiàn)。移位寄存器的4個(gè)輸入信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路控制彩燈，編碼發(fā)生器中數(shù)據(jù)輸入端和控制端的接法由由花型決定?；ㄐ桶凑找欢ǖ捻樞蛞来伍W亮或熄滅。

三、工作原理3.1.編碼發(fā)生