课 程 设 计 说 明 书
学生姓名: 陈维锟 学号： 2013306020219 学 院: 班 级:
信息工程学院 通信132
题 目: 数字电子课程设计
指导教师： 雷宇凌 职称: 副教授
多功能彩灯控制器
2015 年 1 月 14日
〈一〉，设计目的
加强学生对数字电子技术专业知识的理解和掌握，训练并提高其在理论计算、电路设计、资料文献查阅、运用相关标准与规范、电路仿真等方面的能力；为毕业设计（论文）奠定良好的基础。
〈二〉，设计任务
2.1，设计指标
设计一个四花样自动切换的彩灯控制器。八个一组的彩灯按多种不同的方式显示，组成不同的视觉效果。
2.2，设计要求
(1) 彩灯一亮一灭,从左向右移动
(2) 彩灯两亮两灭，从左向右移动 (3) 四亮四灭，从左向右移动
(4) 从1～8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭 (5) 四种花样自动变换
〈三〉，多功能彩灯控制器的组成及工作原理
3.1多功能彩灯控制器的构成
系统可由四个模块组成，分别是：四种码产生电路、开关电路、数据输出、时钟电路。
由两个555构成两个时钟电路，由模十六计数器和组合逻辑门构成四种码产生电路，由双D触发器和数据选择器构成开关电路，由移位寄存器和八个彩灯构成输出电路，一个时钟控制模十六计数器和移位寄存器，另一个时钟控制双D触发器。
3.2，工作原理分析
从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器，另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，即改变彩灯移动的速度，得到不同的动态效果。
多谐振荡器、双 D 触发器、数据选择器共同组成一个电子开关，实现四花样变化。调节开关电路的 CLK脉冲产生电路的电阻，可以改变开关的切换时间用以选择每种花样出现时间的长短。
数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从QA到QH的顺序移动，移动的八位控制信号直接控制发光二极管的亮灭，实现八路四花样自动循环切换的流水彩灯。
3.3，基本逻辑功能框图
多谐振荡器 开关电路 输出 多谐振荡器 分频计数器 数据选择器 移位寄存器 多谐振荡器 〈四〉，多功能彩灯控制器电路方案设计
4.1，四种码产生电路
根据彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即四种码产生电路要产生的码，如表所示： 花样 1 2 3 4 状态要求 彩灯一亮一灭,从左向右移动 彩灯两亮两灭，从左向右移动 四亮四灭，从左向右移动 从1～8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭 要产生这四种码，可由十六进制计数器接组合逻辑门产生，十六进制计数器的真值表如表 所示： 原状态 Q3 0 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0 0 Q2 0 0 0 0 1 1 Q1 0 0 1 1 0 0 Q0 0 1 0 1 0 1 次态 Q3* 0 0 0 0 0 0 Q2* 0 0 0 1 1 1 Q1* 0 1 1 0 0 1 Q0* 1 0 1 0 1 0 输出 Z1 1 0 0 0 0 0 Z2 1 1 0 0 0 0 Z3 1 1 1 1 0 0 Z4 1 1 1 1 1 1 周期（位） 8 8 8 16 码 10000000 11000000 11110000 1111111100000000 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 分析得：Z1=Q2’Q1’Q0’，Z2=Q2’Q1’，Z3=Q2’，Z4=Q3’。
4.2 时钟脉冲产生电路
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为：
T=0.7(R1+2R2)C。要用两个555产生两个时钟脉冲,一个控制74LS161模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动,其周期设为 1 秒左右, 电阻值和电容值可设为：R1=1KΩ ，R2=51KΩ ，C=0.01μ F由公式计算得：T=0.721S。另一个 555 产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数器的 20 倍,改变 R1、R2 的阻值即可，可设为：R1=1KΩ ，R2=1MΩ ，C=0.01μ F，由公式计算得：T=14.42S
4.3 彩灯开关电路
。令 Q1Q2=AB，74LS153 数据选择器的功能表如表所示： B(Q2) 0 1 A(Q1) 0 0 Y Z1 Z2 B(Q2) 0 1 A(Q1) 1 1 Y Z3 Z4 由表 可知，数据选择器的地址输入端 A、B 循环转变，输出端 1Y 循环选择四种码 Z1、Z2、Z3、Z4 输出，使彩灯的四花样自动循环改变。
4.4，花样输出电路
输出电路由八位移位寄存器74LS163八个彩灯和八个驱动电阻构成。寄存器的数据输入端接收开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从 QA 向 QH 移动，输出四种彩灯花样。 当输入移位寄存器数据输入端的码为 10000000 时，清零后在移位脉冲 CLK 作用下，寄存器数码移动情况如表 所示，
CLK 1 2 3 4 5 6 7 8 Ri 1 0 0 0 0 0 0 0 QA 1 0 0 0 0 0 0 0 QB 0 1 0 0 0 0 0 0 QC 0 0 1 0 0 0 0 0 QD 0 0 0 1 0 0 0 0 QE 0 0 0 0 1 0 0 0 QF 0 0 0 0 0 1 0 0 QG 0 0 0 0 0 0 1 0 QH 0 0 0 0 0 0 0 1 由表可看出，输入码中的那位高电平“1” 从寄存器的输出端QA经八个移位脉冲CP作用后逐渐到了QH，使输出端所连接的彩灯依次点亮，实现了彩灯依次点亮的花样。当输入另外的三种码时，寄存器的数码移动原理相似，所以就不一一介绍了。
〈五〉多功能彩灯控制器电路仿真及结果分析
5.1仿真电路：
5.2,结果分析：
电路基本可以实现设计要求的四种花样变化，并且实现了花样循环。