沈阳航空航天大学
课 程 设 计
（说明书）
多路彩灯控制器
班级 / 学号
学 生 姓 名 指 导 教 师
1
一、概述
4.1设计思路
彩灯电路实验将传统的4个分离的电路移位寄存器，计数器（分频器），555和组合电路实验综合为一个完整的设计型的时序、组合电路综合实验。
电路中包含8组发光管（每组发光二极管的数量可以根据需要，通过串并联和加电阻等控制调节），74LS161（四位二进制同步计数器）、74LS194（移位寄存器）、74LS151（八选一数据选择器）、74LS74（双D 触发器）、74LS00（四二输入与非门）、74LS04（六非门）、555 等其他元件组合而成。由二片移位寄存器194实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。
二、方案论证
总体电路分为四块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。 主体框图如下：
图1 主体框图 花型控制电路：由1614位二进制同步计数器完成；
花型演示电路：由195 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）； 节拍控制电路：节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。
2
设计的出发点是：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试都很方便。。花型控制电路简单，花型也比较简单。
三、电路设计
1.花型演示电路 三种花型变化样式
花型1：8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次； 花型2：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。循环两次； 花型3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。
本设计是每种花型完整显示两遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为64，即1~16显示第一个花型，17~32显示第二个花型，33~64显示第三个花型。 要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。现将两片194分为低位片1和高位片2，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用^Li表示Li的取非)
3
表2 各花型输入信号及节拍控制信号列表
电路图如下：
图2 花型演示电路图
2.花型控制信号电路
由二片161级联的模128（三种花型节拍每种显示两遍，再总体重复一遍的总节拍数）计数器。
161的级联用的是同步，并用^QH清零。
当三种花型全新显示一遍后（总共64拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的Q2（即QG）信号输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。161的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。 电路图如下：
4
图3 花型控制信号电路图
3.节拍控制器
由一片151和一片74级联实现。整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。令151的B,C,G’,GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QG输出。 所以Y端的输出就为：Y=CP·^A+Q·A
(Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在 一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。
所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。A端接的是161的高位片的QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。
4.时钟信号电路
由一片555加上适当电容及电阻实现。 电容取：4.7μf 0.01μf 电阻取：150 kΩ 4.7 kΩ
5
电路图如下：
图4 时钟信号电路图
四、性能的测试
由仿结果可知，该电路设计无误，可以实现三种花型变化样式。即花型1：8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次；花型2：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。循环两次；花型3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。
五、结论
本文实现的电路能够实现对多路彩灯的顺序与同时点亮和熄灭的功能，可以实现要求的技术指标和要求，简便易用。
6
六、性价比
该电路使用一个555定时器、两个74LS161计数器和74LS194移位寄存器、8盏LED彩灯及若干电阻、电容、基础门电路和导线，这些器件价格便宜，方便易得，成熟可靠，能够较好的实现所有要求和技术指标，能够保证本系统具有较好的可靠性和实用性，具有非常好的性价比。
七、课设体会及合理化建议
为了能够顺利完成本次课设，我查阅了大量资料以及询问了许多同学。通过本次课设，我学会了设计分析电路，以及使用multisim的方法，提升了我独立思考，自主分析电路，想尽一切办法解决问题的能力。同时也激起了我对数电电路设计以及分析的兴趣，并且锻炼了我的逻辑思维能力。此次课设使我认识到电路的设计其实是用电路的语言来表达和传递个人思想的一种形式。本次课设我收获巨大，也对我有很大的启发。
课程设计也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，
从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 这次课程设计能够顺利完成，其中很大一部分取决于对新知识的学习能力，最初拿到课程设计题目时，对这个题目毫无头绪，但通过在图书馆以及上网查阅资料后，给我的设计提供了很大的参考，此外在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的指导和同学的帮助下得到了解决。
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。
7
参考文献
[1] 杨欣.王玉凤.电子设计从零开始.清华大学出版社,2005年 [2] 黄仁欣.电子技术实践与训练.清华大学出版社,2004 年 [3] 彭铭泉.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社，2004年 [4] 高志清.数字电路逻辑设计.大连理工出版社,2002年 [5] 张权.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社,2002年 [6] 沈明山.常用电子元件手册.机械工业出版社,2001年 [7] 郭培源.电子电路及电子器件.高等教育出版社,2004年
[8] 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年 [9] 林涛主编，数字电子技术基础，北京：清华大学出版社，2006年 [10] 林涛主编，模拟电子技术基础，重庆：重庆大学出版社，2003 年 [11] 吴慎山主编，电子线路设计与实践， 北京：电子工业出版社，2005年 [12] 刘福太主编，绿版电子电路498例， 北京：科学出版社，2007年
[13] 姜齐荣，赵东元，陈建业编著，有源电力滤波器—结构·原理·控制 北京：科学出版社，2005年
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附录I 总电路图
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附录II 元器件清单
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沈阳航空航天大学
课 程 设 计
（说明书）
多路彩灯控制器
班级 / 学号
学 生 姓 名 指 导 教 师
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一、概述
4.1设计思路
彩灯电路实验将传统的4个分离的电路移位寄存器，计数器（分频器），555和组合电路实验综合为一个完整的设计型的时序、组合电路综合实验。
电路中包含8组发光管（每组发光二极管的数量可以根据需要，通过串并联和加电阻等控制调节），74LS161（四位二进制同步计数器）、74LS194（移位寄存器）、74LS151（八选一数据选择器）、74LS74（双D 触发器）、74LS00（四二输入与非门）、74LS04（六非门）、555 等其他元件组合而成。由二片移位寄存器194实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。
二、方案论证
总体电路分为四块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。 主体框图如下：
图1 主体框图 花型控制电路：由1614位二进制同步计数器完成；
花型演示电路：由195 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）； 节拍控制电路：节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。
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设计的出发点是：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试都很方便。。花型控制电路简单，花型也比较简单。
三、电路设计
1.花型演示电路 三种花型变化样式
花型1：8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次； 花型2：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。循环两次； 花型3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。
本设计是每种花型完整显示两遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为64，即1~16显示第一个花型，17~32显示第二个花型，33~64显示第三个花型。 要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。现将两片194分为低位片1和高位片2，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用^Li表示Li的取非)
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表2 各花型输入信号及节拍控制信号列表
电路图如下：
图2 花型演示电路图
2.花型控制信号电路
由二片161级联的模128（三种花型节拍每种显示两遍，再总体重复一遍的总节拍数）计数器。
161的级联用的是同步，并用^QH清零。
当三种花型全新显示一遍后（总共64拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的Q2（即QG）信号输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。161的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。 电路图如下：
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图3 花型控制信号电路图
3.节拍控制器
由一片151和一片74级联实现。整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。令151的B,C,G’,GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QG输出。 所以Y端的输出就为：Y=CP·^A+Q·A
(Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在 一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。
所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。A端接的是161的高位片的QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。
4.时钟信号电路
由一片555加上适当电容及电阻实现。 电容取：4.7μf 0.01μf 电阻取：150 kΩ 4.7 kΩ
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电路图如下：
图4 时钟信号电路图
四、性能的测试
由仿结果可知，该电路设计无误，可以实现三种花型变化样式。即花型1：8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次；花型2：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。循环两次；花型3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。
五、结论
本文实现的电路能够实现对多路彩灯的顺序与同时点亮和熄灭的功能，可以实现要求的技术指标和要求，简便易用。
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六、性价比
该电路使用一个555定时器、两个74LS161计数器和74LS194移位寄存器、8盏LED彩灯及若干电阻、电容、基础门电路和导线，这些器件价格便宜，方便易得，成熟可靠，能够较好的实现所有要求和技术指标，能够保证本系统具有较好的可靠性和实用性，具有非常好的性价比。
七、课设体会及合理化建议
为了能够顺利完成本次课设，我查阅了大量资料以及询问了许多同学。通过本次课设，我学会了设计分析电路，以及使用multisim的方法，提升了我独立思考，自主分析电路，想尽一切办法解决问题的能力。同时也激起了我对数电电路设计以及分析的兴趣，并且锻炼了我的逻辑思维能力。此次课设使我认识到电路的设计其实是用电路的语言来表达和传递个人思想的一种形式。本次课设我收获巨大，也对我有很大的启发。
课程设计也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，
从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 这次课程设计能够顺利完成，其中很大一部分取决于对新知识的学习能力，最初拿到课程设计题目时，对这个题目毫无头绪，但通过在图书馆以及上网查阅资料后，给我的设计提供了很大的参考，此外在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的指导和同学的帮助下得到了解决。
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。
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参考文献
[1] 杨欣.王玉凤.电子设计从零开始.清华大学出版社,2005年 [2] 黄仁欣.电子技术实践与训练.清华大学出版社,2004 年 [3] 彭铭泉.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社，2004年 [4] 高志清.数字电路逻辑设计.大连理工出版社,2002年 [5] 张权.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社,2002年 [6] 沈明山.常用电子元件手册.机械工业出版社,2001年 [7] 郭培源.电子电路及电子器件.高等教育出版社,2004年
[8] 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年 [9] 林涛主编，数字电子技术基础，北京：清华大学出版社，2006年 [10] 林涛主编，模拟电子技术基础，重庆：重庆大学出版社，2003 年 [11] 吴慎山主编，电子线路设计与实践， 北京：电子工业出版社，2005年 [12] 刘福太主编，绿版电子电路498例， 北京：科学出版社，2007年
[13] 姜齐荣，赵东元，陈建业编著，有源电力滤波器—结构·原理·控制 北京：科学出版社，2005年
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附录I 总电路图
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附录II 元器件清单
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