1、八路彩灯循环显示操纵电路课程设计1前言序言由于集成电路的迅速进展，使得数字逻辑电路的设计发生了全然性的转变。在设计中更多的利用中，规模集成电路，不仅能够减少电路组件的数量，使电路简捷，而且能提高电路的靠得住性，降低本钱。因此用集成电路来实现更多更复杂的器件功能那么成为必然。随着社会市场经济的不断繁荣和进展，各类装饰彩灯、广告彩灯愈来愈多地出此刻城市中。在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多为采纳霓虹灯电路那么不能胜任。在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的转变多种多样，但就其工作模式，可分为三种要紧类型：管做成各类各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另
2、配大型广告语、宣传画来达到成效。这些灯的操纵设备多为数字电路。而在现代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其转变多、功率大，数字长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一样在彩灯顶用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换进程，因此可用开关直接操纵，不需通过复杂的编程。流水灯那么包括字形转变、色彩转变、位置转变等，其要紧特点是在整个工作进程中周期性地花腔转变。本文所要设计的彩灯是用八个发光二极管代替的，能通过外部开关的操作，来实现彩灯亮点的左移、右移、全亮、全灭的成效。因此其会在愈来愈多的场合中利用，这使本设计具有专门大的借鉴意义。这种操纵电路靠得住性
3、，灵活性高，利用范围广，专门适合中小城市的交通灯、霓虹灯等的应用。而且，它对其他类似系统的开发具有必然的借鉴意义。目前彩灯的应用情形 LED彩灯由于其丰 富的灯光色彩，低廉的造价和操纵简单等特点而取得了普遍的应用，用 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。彩灯普遍应用于流水灯、跑马灯、鸳鸯戏水灯、流水灯、操纵功能，并给出了具体的硬件电路和相应的程序。此课题设计具有专门大现实意义，LED彩灯普遍应用于商业街广告灯，也可作为歌厅、酒吧照明灯，在超大屏LED设计中也应用了此类的设计思想，随着近几年LED技术的不断进展LED发亮度取得了专门大提高。要紧工作概述本文所要设计的八路彩灯的功能要求是通
4、过手动开关操作，实现彩灯的两亮两灭的左移右移和全亮全灭的功能。和在正式实验之前对彩灯的预置数功能，本实验的扩展功能也能够实现一亮一灭，三亮一灭，或两亮的循环移位功能。本课题内容属于软件电路的设计与应用方面，实现进程包括整体方案的提出比较及选择、电路原理设计、元器件（芯片）参数计算。针对此刻彩灯的普遍应用，可见彩灯循环是尔后提高节假日气氛的重要因之一，它的进展深度将更为普遍，利用率将会大幅度提高。本课题设计的八路彩灯循环操纵电路，在尔后的生活中，在投入生产时，能够是多路彩灯，将集成芯片级联利用，扩展其功能。本设计是由时钟信号发生器电路、序列信号发生器电路和移位输出显示电路组成。负载转变频率高，变
5、换速度快，令人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形，将会更为普遍的应用。 2 整体方案设计方案比较方案一：本方案是由555按时器、7490计数器、74138译码器和74ls794移位寄放器组成。7490计数器和74138译码器及74194移位寄放器的时钟信号由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即可改变计数器的计数快慢，即可操纵彩灯闪烁快慢，计数器的输出信号输入至74138译码器，由74138译码。依照计数器输出不同的计数结果，即可操纵74138译码器译码取得8种不同的输出信号，决定操纵彩灯的循环转变。74138的输出接在74198的八个数据输入端，能够操纵彩灯的循环移位的方向，
6、即左移和右移。当计数器清零时，能够实现全灭功能. 图方案一得设计框图方案二：本方案是由555组成的多谐振荡器作为信号的脉冲发生器，74161计数器和74153双向数据选择器组成的序列信号发生器和移位输出显示电路所一起组成。555多谐振荡器组成的信号脉冲源作为74161计数器、74194移位寄放器的clk持续脉冲信号。通过改变电阻、电容的大小，能够改变74161计数器的计数快慢程度，74161的输出端：Q0Q1作为74153的S0S1,Q2操纵74153的两个使能端。双向数据选择输入端接SWDIP-8双端的开关操纵它的输入。74153的两个输出端连接一个二输入的与非门，它的输出通过连接两个SWD
7、IP-4接入74194的数据输入端，74194的两个芯片的S1S0通过SWDIP-2开关接电源和电阻到地。改变SWDIP-2的通断状态，能够实现预置数，右移、左移的功能。图采纳方案二的设计框图 方案论证方案一：该系统是利用555多谐振荡器和7490计数器和138译码器和74194移位寄器的彩灯显示功能。555发出脉冲信号，移位寄放器由计数器和译码器操纵，1s的时刻距离，让彩灯实现间亮间灭的功能方案二：该方案是利用555振荡脉冲电路和循环移位操纵电路和彩灯显示电路实现它的全亮全灭，二亮二灭，和它的扩展功能一亮一灭、三亮一灭的循环、还有确实是在实现各功能之前时的预置数功能，此系统都是通过开关操纵的
8、，比较方便。方案选择上述两个方案最大区别确实是，方案一采纳的是译码器输出操纵寄存器，实现功能的。方案二采纳的是74153双向数据选择器输出端操纵移位寄放器的输入端，中间是开关连接的。很方便，价钱也低廉，通过上述方案的比较，最后我选择了方案二。3.单元模块电路设计时钟信号发生器 要紧用来产生脉冲信号。因为流水灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就能够够了，且脉冲信号的频率可调，因此能够采纳555组成多谐振荡器，其输出脉冲作为下一级的时钟信号。555按时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一样用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为 7555，除单按时器外，还有对应的双按
9、时器556/7556。555按时器的电源电压范围宽，可在516V工作，最大负载电流可达200mA，7555可在318V工作，最大负载电流可达4mA，因此其输出可与TTL、CMOS或模拟电路电平兼容。555按时器本钱低，性能靠得住，只需要外接几个电阻、电容，就能够够实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555按时器组成多谐振荡器，组成信号产生电路 接通电源后，VCC通过电阻R一、R2给电容C充电，充电时刻常数为（R1+R2），电容上的电压vC按指数规律上升，当上升到VREF1=2VCC/3时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，RS=10，触发器被复位，放电管T28导
10、通，现在v0输出低电平，电容C开始通过R2放电，放电时刻常数约为R2C，vC下降，当下降到VREF2=VCC/3时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，RS=01，触发器被置位，放电管T28截止，v0输出高电平，电容C又开始充电，当vC上升到时VREF1=2VCC/3，触发器又开始翻转。如此周而复始，输出矩形脉冲。其电路原理图如所示。图组成的多谐振荡器按一下运行键后，可看见输出端是显现高低电平交替，时刻距离是由电路中的电容和电阻决定。因为课程设计的任务中要求时刻距离为一秒，因此在仿真时，电阻和电容值还需要改变。从而改变频率，将脉冲信号输出。脉冲信号发生器是由555按时器连接而成，工作电压为+
11、5v。图所示是555的引脚排列情形，表是它的引脚功能。 图 555管脚图将管脚输入端连接到一路，将管脚5通过一个电容接地，将7管脚通过电阻和电容到地，在通过一个电阻接到电源上，3管脚作为脉冲的输出端。电容是,电阻是40K，电源和端口7之间的电阻是100K，就能够够实现时刻距离为一秒。振荡周期的计算：多谐振荡器的振荡周与两个暂稳态时刻有关，两个暂稳态时刻别离由电容充电、放电时刻决定。设电路的第一暂稳态和第二暂稳态时刻别离为T一、T2，依照以上分析所得电路状态转换时VI的几个特点值，能够计算电路振荡周期的值。T1的计算：t1作为第一暂稳态起点，t2作为第二暂稳态。T1=t2-t1,Vi(0+)=0
12、V,VI(t为无穷大)=VDD,t=RC,依照RC电途经度进程的分析可知，当VI由0v转变到Vth所需要的时刻为T1= T2的计算：同理，t2作为第二暂稳态时刻起点，有V(0+)=Vdd+V=Vdd,V(t为无穷大)=0vt=RC,由此能够求出T2=因此 T=T1+T2= T1=+将Vth=Vdd/2带入上式有 T=RCln(4)=因此T=*R=1因此 R=100000=100K 序列信号发生器在数字信号的传共有74161和74LS161两种线路结构模式，其要紧电特性的典型值如下：表序列信号发生器典型值型号FmaxPDCT54161/CT7416132MHZ305mWCT54LS161/CT7
13、4LS16132MHZ93mW数字系统的测试中，有时需要用到一组特定的串行数字信号，这种数字信号称为序列信号。产生序列信号的电路称为序列信号发生器。序列发生器的组成方式有多种，比较简单、直观的方式是用计数器和数据选择器组成。能够由四位同步二进制计数器74LS161和八选一数据选择器74LS151或双四选一的数据选择器74LS153组成。161有超前进位功能。当计数溢出时，进位端（RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为QA的高电平部份。以下图是161对应的管脚图，表是它的管脚功能表。图 74161管脚74161是4位二进制同步计数器（异步清零，）161为可预置的四位二进制同步计数器， 161的清除
14、端是异步的。当清零端CLEAR为低电平常，不管时钟端CLOCK状态如何，即可完成清除功能。161的预置是同步的。当置入操纵器LOAD为低电平常，在CLOCK上升沿作用下，输入端QA-QD与数据输入端A-D相一致。关于74161，当CLOCK由 低至高跳变或跳变前，若是操纵端ENP、ENT为高电平，那么LOAD应幸免由低至高电平的跳变，而74LS161无此种限制。161的计数是同步的，靠CLOCK同时加在四个触发器上实现的。当ENP、ENT均为高平常，在CLOCK上升沿作用下QA-QD同时转变，从而排除异步计数器的计数尖峰。关于54/74161，只有当CLOCK为高电平常，ENP、ENT才许诺由
15、高至低电平的跳变，而54/74LS161的ENP、ENT跳变与CLOCK无关。计数器是由触发器级联而成，以下图就有几个触发器组成的计数器。图触发器组成的计数器以下图是在TINA软件顶用74ALS161的计数器所实现的16进制计数器。 74161计数器原理图图 74161计数器的加计数仿真图74161计数器，因为是有触发器组成的，因此，它的的工作条件是在CLK的有效触发边沿有效才行以下图是计数器74ALS161的波形图：图 74161波形图74ALS153双向数据选择器：数据选择是指通过选择，把多路数据中的某一路数据传送到公共数据线上，实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个
16、输入的单刀多掷开关，74153是一个双四选一的数据选择器，它是由两组四选一数据选择器，共有54/7415二、54/74LS153、54/74S153三种线路结构模式，其要紧电特性典型值如下：数据选择器（AB）为两组共用，按二进制译码，以供两组从各自的4个数据（1C01C3,2C02C3）中别离选取一个所需的数据。只有在两组各自的选通端（1G,2G）为低电平常才能够选择数据。以下图为74153双向数据选择器的管脚图图 74153管脚图下表是74153的双向数据选择器的真值表：只有当各自的G在有效状态时才开始工作，下面是类似它的74151的仿真波形图74161的波形图74153的两个输出通过一个与
17、非门去操纵下一级的输入，用开关操纵。以下图是序列信号发生器的原理图，是由74161和74153彼此连接组合而成：如图以下图以下图 74161和74153级联图其中74161的CLK是由前一级的555输出脉冲作为脉冲信号源的。通过操纵左上角的swdip-8的开关，能够操纵74153的数据输入端，74161的两个输出，操纵了74153的地址输入端。其中161中叶有一个swdip-4de开关，用于给74161计数器实现预置数功能的作用，161的进位端因为没有作用，因此悬空着的。如此通过进行161和153的组合，就连接成了序列信号发生器，为信号做输入预备。 移位输出显示电路四位双向移位寄放器是采纳四个
18、SR触发器，并在1R和1S输入之间 接入了一个与非门，如此组成的寄放器，它的最低有效位（LSB）和最高有效位（MSB）的电路排列顺序应从上到下，从左到右。因此，概念移位寄放器中的数据从低位触发器移向高位为右移，移向低位为左移。有时要求在移位进程中，数据任然维持在寄放器中不丢失。现在，只要将移位寄放器最高位的输出接至最低位的输入，或将最低位的输出接至最高位的输入，变可实现环形移位寄放器。用两个74LS194接成多位双向移位寄放器，移位寄放器是一个具有移位功能的寄放器，是指寄放器中.所存的代码能够在移位脉冲的作用下一次左移或右移，把既能左移又能右移的称为双向移位寄放器，只需要改变左右操纵信号即能够
19、实现双向移位要求。依照移位寄放器存取信息大方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。我在本课题设计中采纳的是4位双向通用移位寄放器，74LS194，其逻辑图如以下图。+ 74194管脚图74194有5种不同的操作模式：即并行送数寄放，右移（方向由Q0-Q3）,左移（方向由Q3-Q0）,维持及清零。下表为74194的功能真值表：移位寄放器的应用很广，可组成移位寄放器型计数器，顺序脉冲发生器；串行累加器；可用作数据互换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据。而在本课题中，咱们应用了它的大体逻辑功能。由于课程设计任务的要求，是八路循环，因此，我采纳了两片7419
20、4级联，来来作为移位输出显示电路。以下图确实是本次设计的移位输出显示电路图：图以为输出显示电路在整个设计中所用到的器件有：定值电阻，滑动电阻，电容，LED灯，74ALS04（反相器）7400（与非门），74ALS161（计数器），74ALS153（双向移位寄放器），SWDIP-8(开关),SWDIP-4(开关)，SW-SPST(单刀单掷开关)，SWDIP-2(开关)，74HC794(移位寄放器)等4软件设计仿真软件 Proteus软件是来自英国Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件。Proteus软件有十连年的历史，在全世界普遍利用，除其具有
21、和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处置器的应用，还能够直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的成效，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等。Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计和自动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于15年来的持续开发,被电子世界在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品“The Route to PCB CAD”。Proteus 产品系列也包括了咱们革命性的VSM技术,用户能够对基
22、于微操纵器的设计连同所有的周围电子器件一路仿真。用户乃至能够实时采纳诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。其功能模块：个易用而又功能壮大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB设计。PROSPICE 仿真器的一个扩展PROTEUS VSM:便于包括所有相关的器件的基于微处置器设计的协同仿真。另外，还能够结合微操纵器软件利用动态的键盘，开关，按钮，LEDs乃至LCD显示CPU模型. 那个仿真软件比较适合咱们初学者利用，安装好那个软件后，打开软件，就能够够在模块中画出自己所需要的仿真原理图。当画好以后，点击运行，就能够
23、够进行电路仿真了。 Altium designer软件Altium Designer符合电子设计师的要求。Altium的一体化设计结构将硬件、软件和可编程硬件集合在一个单一的环境中，这将令用户自由地探讨新的设计构思。在整个设计组成中，每一个人都利用同一个设计界面。 Summer 09版本解决了大量历史遗留的工具问题。其中就包括了增加更多的机械层设置、增强的原理图网络类概念。新版本中更关注于改良测试点的分派和治理、精简嵌入式软件开发、软设计中智能化调试和流畅的License治理等功能。09版本改良了在线实时及批量DRC检测中显示的传统违规的图形化信息，其含盖了要紧的设计规那么。 利用与一个可概念
24、的指示违规信息的掩盖图形的合成，用户此刻已经能够更灵活的解决出此刻设计中的DRC错误。09版本许诺用户在PCB文件中自概念布线网络显示的颜色。此刻，用户完全能够利用一种指定的颜色替代经常使用当前板层颜色作为布线网络显示的颜色。并将该特性延伸到图形迭层模式，进一步增强了PCB的可视化特性。Altium Designer 09版本为板级设计新增了16个机械层概念，使总的机械层概念达到32层。其它提升了PCB向Specctra导出数据的兼容性 3D单层显示模式：改良了测试点治理系统。Altium Designer此刻能够许诺用户利用网络类标签功能在原理图设计中将所涵盖的每条信号线纳入到自概念网络类当
25、中。当从原理图创建PCB时，就能够够将自概念的网络类引入到PCB规那么。利用这种方式概念网络的分派，将再也不需要担忧花费时刻、原理图中网络概念的混乱等问题。09版本将提供加倍流畅、高效和整齐的网络类概念的新模式。Altium Designer Summer 09版本提供了装配变量和板级元件标号的图形编辑能。在编译后的原理图源文件中就能够够了解装配变量和修改板级元件标号，那个新的特性奖令你从设计的源头就能够够快速、高效的完成设计的变更；关于装配变量和板级元件标号变更操作，更重要的是这将提供一种更快速、更直观的变通方式。Altium Designer已经为用户提供了一种可定制虚拟仪器的功能，在新的
26、版本中您还将看到Altium新增了一种在FPGA内利用脚本编程实现可定制虚拟仪器的功能。该功能将为用户提供一种更直观、界面更友好的脚本应用模式。在Altium Designer Summer 09版本中，用户将看到一种全新的虚拟存储仪（MEMORY_INSTRUMENT）。 就在虚拟仪器内部，其就可提供一个可配置存储单元区。利用那个功能能够实现从其它逻辑器件、相连的PC和虚拟仪器面板中观看和修改存储区数据。 软件的设计结构图设计结构图5 系统调试 脉冲信号发生器的调试本课程设计是在Proteus软件中实现调试的，调试的方式很简单，在绘好原理图后，就能够够进行仿真了，在那个软件里面仿真，若是显现
27、错误，会提示你的问题所在。若是你的原理图设计中毫无问题的话，那就能够够仿真成功，能够实现你估量中的成效。因为时钟信号发生器就够较为简单，因此在绘制好此图是，进行调试中很顺利，没有显现什么问题，因为时刻距离为一秒通过计算能够明白总电阻约为110K左右。电容为.在参数设置正确后，在进行仿真调试，时刻大体上为一秒的距离，那个现象能够通过555的输出端接的LED灯的闪烁确信。图时钟信号发生器仿真图序列信号发生器和以为输出显示电路调试由于那个部份包括了4个芯片，因此在调试的时候显现了一些问题，诸如：1移位输出电路的脉冲信号操纵端该由哪个信号操纵显现了问题，通过反复试探其逻辑功能，终于找到了正确答案。2在
28、移位输出电路中，S1S0操作模式操纵端时，也显现了相类似的问题，在通过反复的调试，改变，再调试后，也得出了正确的设计结果。3其中SL,SR在连接调试中显现了矛盾，原先是自己把线路连接反了。4接线错误：关于第一个问题，主若是线途经多过密致使接线混乱和接线进程中粗心大意产生的。考虑到模拟电路能够实现所要求的功能，因此咱们坚持了原先的电路图，在所接电路上进行了认真检查，找出了接错的接线，并将接线进行了整理。图序列信号发生器和移位输出显示器的仿真图整体电路的调试将整体的原理图绘制好后，将555的输出端用于操纵下级以后的脉冲输入端，将74ALS153的输出通过与非门后连接到74194的输入端所连接着的开
29、关上进行仿真调试电路实现了预置数功能，可是离目标还差了一段，但也离目标进了一步。通过调整移位寄放器的模式操纵端，在进行调试，也实现了右移左移功能。由于题目要求的是实现两亮两灭的功能，因此在预置数的输入端，调剂开关的通断状态以实现，这就在理论上实现了，接着就进行调试，最后终于调试仿真成功。图整体电路图的仿真系统实现的功能该系统实现了全亮全灭，两亮两灭的左移右移功能。通过设计，该电路还能实现其他的扩展功能，三亮一灭的循环和一亮一灭的循环移位。打开自己所设计的原理图，点击运行，先在移位输出电路中预置数，再进行右移或左移的功能，运行无误后，关闭文件。6设计总结与收成本次课程设计我只用了一个礼拜的时刻就
30、全数做完，效率很高，因为在设计之前依照设计的要求，每一个模块都认真的设计分析了，正是整个进程我都认真的态度和方案选择适合，才有这么高的效率。实践，是一面很亮的镜子，能够通过它看出咱们自身的缺点，能够通过它查找出自身缺乏的知识。尽管那个项目还不是很完善，可是在设计进程中所学到的东西是这次设计的最大收成和财富，使我终身受益。而且从本次课程设计中收成很多。这次课程设计主若是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习进程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回忆了一遍（这也是对这门课的温习，给以后的温习备考减少了很多负担），如此的回忆让我对知识的明白
31、得加倍透彻，对后来的快速设计起了专门好的铺垫作用。而且还参考了数字电路实验指导书， 关于芯片的管脚，里面有清楚的描述。课程设计，通过选择的题目，依照要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并非是在课堂上的单纯听懂，或课后看书进程中的深切明白得，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作那么完全不同，需要考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中那么不然。比如在动笔做题时咱们是不用考虑导线、电阻是不是连接的牢固合理，但在实际中，导线电阻有时是会带来时刻距离的改变，平常实验中，我就很认真，因此会比平常不动手的要轻松地多。在设计时
32、和同窗彼此交流各自的方式也是很重要的，不同的人对问题的观点总有不同，咱们能够从交流中取得不同的构思，其他人的设计也可能有比你超卓的地址，专门好的借鉴，并在大伙儿的商讨当选择最优方案最终必然会取得最好的设计方式。 通过这次设计，我明显感觉到“书到历时方恨少”。在以后的生活中我会不断地学习充实自己。在此要再次感激我的指导教师，感激教师给我如此的机遇锻炼。在整个设计进程中我知道了许多东西，也培育了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对尔后的学习工作生活有超级重要的阻碍。本次课程设计中包括CP的产生电路用的555芯片，大体电路我用了7个芯片（一片55五、一片16一、一片153、两片194、一片7400、一片74ALS04），从电路图的设计、实现、仿真、实验报告，都是自己试探和动手。在这短短的7、8天电子课程设计中，不单单让咱们动了手动了脑，更让咱们体
