霓虹灯控制电路设计报告

引言课程设计作为实践教学的一个重要环节，对提高学生的的创新能力有着重要的作用，通过这次课程设计，学生不仅能加强对理论知识的理解，而且提高了学生的动手能力，除此之外，还提高了学生解决问题的能力随着社会的不断发展，__的地位和影响日益壮大，尤其是在当今的经济时代，很多的商品都是依靠__来引导主流消费的因此，__作为一种很重要的媒介，已经成为了社会宣传的主导方式由于其多样性决定了其巨大的__空间__彩灯作为__的一个重要元素，也渐渐成为__的灵魂，也成为了城市夜景的一道亮丽的风景线刚刚学完了数电知识，正好通过这次课程设计，进一步巩固了理论知识，而且全面掌握了课设的基本流程，此外，分析与解决问题的能力也得到了相应的提升此次设计我们用到了555定时器构成的秒脉冲发生器，74LS138，74LS161JK触发器以及各种逻辑门电路来实现我的方案，充分利用了模电和数电的知识来不断地解决实验过程中发现的问题，这也是这次课程设计的目的和意义所在1设计意义及要求

1.1设计意义在日常生活中，__灯也已成为了一道亮丽的风景线灯的种类繁多，变化多样，所以设计__灯具有重大的实际意义学校安排此次课程设计，不仅让我们__了所学知识，加以应用和分析而且提高自我分析问题的能力并加强了团队合作的精神通过这次设计，我熟悉各种元件的用法和功能，也锻炼了思维能力，最值得说的是我们将所学知识转化为实物，得到了极大的成就感和满足感

1.2设计要求设计一控制电路，要求彩灯能实现如下追逐图案1第一层3只红灯右移，每灯亮的时间为0．8秒；2第二层3只蓝灯右移，每灯亮的时间为0．8秒；3第三层3只黄灯右移，每灯亮的时间为0．8秒；4三色彩灯同时右移，每组灯亮的时间为1．6秒；5三色彩灯同时左移，每组灯亮的时间为1．6秒；6彩灯控制电路工作状态按照上述2至6步自动重复循环2方案设计

2.1设计思路利用555定时器组成产生

0.8s脉冲__，通过JK触发器组成的分频电路将__分为

1.6s，用三片移位寄存器74LS194分别控制三种颜色不同的灯的亮灭用一片74LS161和一片数据选择器74LS153组成序列号产生电路，产生的__“0001”作为移位寄存器右移的输入__，而“0000”作为移位寄存器左移的输入__用一片74LS161和一片译码器74LS138作为数据发生器，产生的__作为移位寄存器S0和S1的控制__，控制移位寄存器左移，右移和保持的功能0000或0001CP图1总体方框图本电路主要由4部分组成脉冲输出电路所控制的序号__产生部分，作为移位寄存器的数据输入端；控制移位寄存器左移、右移的__产生部分；移位寄存器部分，实现了灯的左移右移功能；由555定时电路和分频电路组成的脉冲输出部分在555定时电路和分频电路产生的脉冲的触发下，计数器的Q0和Q1作为数据选择器的地址端，在左移和右移的情况下分别产生序列__“0000”和“0001”，作为移位寄存器的数据输入，在脉冲的触发下，74LS194将__接纳进去，实现数据的传递，从而实现灯泡的追逐效果而计数器74LS161和译码器74LS168组成的部分中，计数器被设计成为为五进制，这是由于三个移位寄存器有五个状态而译码器有八个__，可以根据真值表，得到移位寄存器控制输入端的最简逻辑表达式，并将译码器相应的__端引出，通过门电路组成所需要的__，来控制移位寄存器的左移、右移和保持的功能移位寄存器的输出端接有9个灯，为了实现其追逐的效果

2.2方案设计1）我们小组总共设计了五套方案，五套方案有所区别也有相似我的个人方案，设计原理图如下图2个人方案原理图该电路中左移右移的输入端均是由数据选择器的输出提供，但其输出有两种情况，“0000”和“0001”，在全部右移结束时，1X0的输入由1变为0，所以在左移的过程中只有一个高电平，可以实现左移追逐但这个电路也有缺点，在左移完成时，移位寄存器其实仍为左移，所以在左移完成时，还要等待一段时间才能将左移变为右移2）小组方案设计原理图如下图3小组方案原理图此方案是用单片机做的，电路原理图比较简单，连好电路图后只要根据设计要求编写程序，最后将程序导入单片机，即可运行，但编写程序时，一定要小心，而且在编写的过程中不段的调试，直到程序无误后，将其导入单片机，如果运行时，发现功能仍然没有实现，要再次修改程序，根据电路图所选的端口的顺序和设计的功能要求，修改程序，在不断的调试中得到正确的结果

2.3方案比较个人方案中，由于曾中义和冯梦华的芯片用的是十位的，所以他们所用的芯片最少，但其门电路过多，他们的设计思路有所相似，而我和陶海洋的方案思路和他们的有所不同，但我们的两套方案有那个点，都是通过同样的移位寄存器来实现，但是在__的采集上有所不同，另外在脉冲的产生电路和分频电路也有所区别小组方案跟个人方案比较，电路图相当简单，但是编程的调试过程是比较困难，一定要小心所以各有优缺点3部分电路设计

3.1脉冲输出电路下图是由555定时器构成的秒脉冲发生器，它可以产生矩形方波图4555定时器构成的秒脉冲发生器根据555定时器的功能表可知由555定时器构成的多谐振荡器接通电源后，电容C被充电，当VC上升到2/3VCC时，触发器被复位，同时发电__TT导通，此时VO为低电压，电容C通过R2和T放电，使VC下降当VC下降到（1/3）VCC时，触发器又被置位，VO翻转为高电平电容器C放电所需的时间为tPL=R2Cln2可近似看成tPL=

0.7R2C当C放电结束时，T截止，VCC将通过R

1、R2向电容器C充电，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的时间为tPH=R1+R2Cln2可近似看成tPH=

0.7R1+R2C而当VC上升到（2/3）VCC时，触发器又周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为f=1/tPL+tPH可近似看成f=

1.43/[R1+2R2C555定时器引脚图如图5所示，555定时器功能表如表1所示VCCDISTHCOGNDTROUTRD图5555定时器表1555定时器功能表输入输出阈值输入（V11）触发值（V12）复位（RD）输出（VO）放电管T××00导通2/3VCC1/3VCC11截止2/3VCC1/3VCC10导通2/3VCC1/3VCC1不变不变__分频及选择图6__分频及选择JK触发器下降沿有效，J=K=1时，每来一个脉冲变化一次，因此它的输出是

1.6S的__，当Y3与Y4同时为1，根据电路，可以知道此时为单层灯__，另外根据分频电路可以知道此时输出的也为

0.8s的__，而当Y3和Y4中有一个0时，电路为全部左移或全部右移的过程此时电路输出的也为

1.6s的__，实现了分频和__的选择的过程1）JK触发器的管脚图和真值分别如图7所示QQSDJCPKRD图7JK触发器管脚图表2JK触发器真值表JKQn+1逻辑功能00Qn保持010置0101置111Qn翻转2）74LS00与非门的管脚图如图8所示，真值表如表3所示图874LS00管脚图表374LS00的真值表3）74LS04非门的引脚图如图9所示，真值表如表4所示图974LS04非门的引脚图表474LS04非门的真值表474LS08与门的引脚图如图10所示，其真值表如表5所示图1074LS08管脚图表574LS08与门的真值表

3.2实现控制功能的电路1）电路中有有3个74LS194芯片，共有5个状态，可以用74LS161和74LS138来实现，电路如图11所示图11实现控制功能电路此图是由74LS161和74LS138来实现的，通过反馈清零法将74LS161设置成为五进制计数器，并通过译码器输出__，为移位寄存器提供控制__的来源而此电路的脉冲来源如图12所示图12脉冲来源电路\由于在软件中没有三输入或门，所以采用四输入或门，只要将其中一个接低电平即可，其他三个输入端将74LS194的输出端Q31，Q32，Q33接入当每排灯右移结束时或门的输出由0变为1，计数器得到一个触发__，于是移位寄存器的状态发生变化当全部右移结束时，或门还有一个上升的转变，于是__左移，而此时每排灯只有一个高电平，输入为“0000”，所以可以实现追逐效果当全部左移完成时，输入有所变化，变为第一个状态，单个右移，实现循环效果2）根据74LS194的五个状态知道，74LS138的输出也要为五个状态，三个移位寄存器的移位控制__可以得出S0和S1的真值表如表6所示表6控制__的真值表138有效__S01S11S02S12S03S13Y0101111Y1111011Y2111110Y3101010Y4010101取0为有效__，可得各控制__的逻辑表达式S01=S02=S03=Y4S11=Y

0.Y3S12=Y

1.Y3S13=Y

2.Y3按照上面的逻辑表达式可以经过门电路得到移位寄存器所需要的状态的__具体如图13所示图13状态选择电路3）74LS138译码器的管脚图如图14所示，真值表如表7所示Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7ABCE1E2AE2B图14138管脚图表774LS138译码器的真值表4）74LS161计数器的管脚图如图15所示，而其真值表如表8所示图15161管脚图清0预置控制时钟预置数据输入输出0XXXXXXXX000010XXDCBADCBA110XXXXXX保持11X0XXXXX保持1111XXXX计数表874LS161的功能表表

3.3序列__产生电路1）序列__产生电路主要是产生0001和0000__，作为左移右移的输入__，电路如图16所示图16序列__产生电路序列__产生电路由一片74LS161计数器和一片74LS153（由于软件中没有74LS151）数据选择器构成，161在脉冲的作用下计数，将00到11不断的送给153可将1X0到3X0逐个输出，送入移位寄存器的SR端，SL端当右移时的__为0001，而左移的__为0000，所以关键就是1X0的输入，它的采集__电路图如图17所示图17采集__电路图本可用三输入与非门，由于软件中没有这个元件，所以用四输入与非门代替，只要将一个输入接高电平即可其它三个输入端接74LS194的输出端Q31，Q32，Q33当单个灯右移时，与非门输出肯定为1，这是序列产生电路产生__1000当全部右移时，产生1000序列，而当其结束时与非门输出为0，这是变为全部左移，而序列电路产生的__为0000，一直这样循环，符合设计要求2）74LS153数据选择器的管脚图如图18所示，真值表如表9所示图1874LS153管脚图表974LS153的真值表A1A0SYXX10000D0010D1100D2110D

33.4译码及输出部分1）此电路由三片移位寄存器74LS1194和9个发光二极管构成，电路图如图19所示图19译码及输出电路两个门电路已经在前面叙述过每个74LS194都有三个状态，分别为左移、右移和置数置数端全部接地，所以刚开始输出全为0，灯不亮当左移右移时，相应的输入__被输入，并将__传递下去，这样就可以形成追逐的效果274LS194的管脚图如图20所示，真值表如表10所示图20194的管脚图表1074LS194的真值表功能输入输出CLRS1S0CPSRSLD0D1D2D3Q0n+1Q1n+1Q2n+1Q3n+1清除0×××××××××0000保持1××0××××××保持100×置数111↑××d0d1d2d3d1d2d3d4右移101↑×1××××1Q0Q1Q200Q0Q1Q2左移110↑1×××××Q1Q2Q310Q1Q2Q304调试与检测通过PROTUES在用74LS161接成五进制时，在电路仿真时，发现出现问题，没有五个状态，经检查发现不是五进制计数，因为161是异步清零，要在输出101时才清零，而起初接成了100清零由于芯片和门电路用得过多，导致连线有遗漏，起初对一些芯片的功能用法也有所出入，导致接法错误，这都是在调试和检测中不断理解和纠正的在用单片机做小组方案时，编写程序的过程中出现很多问题，灯亮得很混乱，经检查，是由于没有把单片机的端口的顺序弄清另外，灯在实现时间上不正确，由于在用中断定时程序时，没有关闭中断或循环的次数有问题在用小组方案做实物时，也出现了不少的问题要根据功能的实现来修改程序代码另外由于__板上的发光二极管是共阴接法，而仿真图为共阳接法，所以应将相应的高低电平互换5体会与总结做这个设计，我从中收益良多首先，这次的__彩灯控制电路的设计，综合运用了数电所学的各种元器件，并且巩固了数电理论知识，以及提高用理论__实际的能力通过这次的数电课程设计，加强了我的动手、思考和解决问题的能力其次在这次设计中，我了解了以前一知半解的东西，比如一些芯片的用法，如74LS138，74LS161，74LS194等芯片的功能和用法第三，为了这次课程设计，我专门学习了proteus软件，对其基本操作有了更深的了解与掌握除此之外，通过这次自学，进一步提高了自学的能力第四，在做小组方案时，出现了很多分歧，但在经过讨论后便达成了共识，这个过程让我学习到团队合作的重要性，并且学会了如何去分配工作，如何去解决设计过程的问题都是我们应该学会的第五，通过这次课设，我基本掌握了课程设计的一个流程，过程中要学会如何去学习你没有遇到的东西，如何去调试过程中出现的问题，这是关键，并在这个基础上不断创新，这就是我们课设的目的所在第六，在做实物的时候，一定要有耐心，认真调试，才能得出正确的结果遇见问题要冷静对待，从调试中获得一份快乐和一份知识，这样才能更好地锻炼自己的能力第七，痛苦是必不可少的过程，只要你坚持，付出了汗水就会有回报，这样你才能__到成功的喜悦对我而言，知识上的收获很重要，精神上的满足也让我十分开心挫折是一份财富，经历是一份拥有，通过这次的课程设计任务，我真真正正的学到了书本上没有的那些知识和宝贵的经验____

[1]康华光主编.《电子技术基础－数字部分（第四版）》，高等教育出版社

[2]祁存荣，陈伟.电子技术基础实验（数字部分）武汉理工大学教材中心附录一方案一（个人方案原理图）方案二（小组方案原理图）附录二方案二的程序#includereg

52.h#includeintrins.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharuintt;uchard;__itp00=P0^0;__itp01=P0^1;__itp02=P0^2;__itp03=P0^3;__itp04=P0^4;__itp05=P0^5;__itp06=P0^6;__itp07=P0^7;__itp08=P2^0;uinti;void__invoid{TMOD=0x01;EA=1;TH0=65536-50000/256;TL0=65536-50000%256;ET0=1;TR0=1;while1{d=0xfe;P0=d;p08=1;fori=7;i0;i--{whilet!=16;t=0;d=_crol_d1;P0=d;}whilet!=16;t=0;P0=0xff;p08=0;whilet!=16;t=0;p00=0;p01=1;p02=1;p03=0;p04=1;p05=1;p06=0;p07=1;p08=1;whilet!=32;t=0;p00=1;p01=0;p02=1;p03=1;p04=0;p05=1;p06=1;p07=0;p08=1;whilet!=32;t=0;p00=1;p01=1;p02=0;p03=1;p04=1;p05=0;p06=1;p07=1;p08=0;whilet!=32;t=0;p00=1;p01=1;p02=1;p03=1;p04=1;p05=1;p06=1;p07=1;p08=1;whilet!=10;t=0;p00=1;p01=1;p02=0;p03=1;p04=1;p05=0;p06=1;p07=1;p08=0;whilet!=32;t=0;p00=1;p01=0;p02=1;p03=1;p04=0;p05=1;p06=1;p07=0;p08=1;whilet!=32;t=0;p00=0;p01=1;p02=1;p03=0;p04=1;p05=1;p06=0;p07=1;p08=1;whilet!=32;t=0;p00=1;p03=1;p06=1;whilet!=10;t=0;}}voidtime1interrupt1{TH0=65536-50000/256;TL0=65536-50000%256;t++;}本科生课程设计成绩评定表姓名性别专业、班级课程设计题目课程设计答辩或质疑记录成绩评定依据设计方案与内容（30分）制作与调试（20分）说明书内容与规范程度（30分）答辩（10分）学习态度与考勤（10分）总分（100分）最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字2010年7月12日黄灯蓝灯红灯移位寄存器移位寄存器移位寄存器译码器时钟__数据选择器计数器计数器8765555123491615141312111012345678VCC1RD2RD2CP2K2J2SD2Q74LS1121CP1K1J1SD1Q1Q2QGND74LS138910111213141516VCCTCQ0Q1Q2Q3__TPE74LS161RCPD0D1D2D3__PGND87634521。