《8路彩灯控制电路设计》
课程设计报告
专 业：
班 级： 姓 名： 学 号： 同组成员：
指导教师： 赵 玲
2015年 1 月 7 日
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目 录
一、课程设计目的.........................................3 二、课程设计要求.........................................3 （一）、彩灯控制器设计要求.............................3 （二）、课程设计总体要求...............................3 三、课程设计内容.........................................3 （一）、设计原理分析....................................3 （二）、器件选择........................................5 （三）、具体电路连线及设计思路..........................6 1、时钟控制电路....................................6 2、花色控制电路....................................7 3、花色演示电路....................................8 4、总体电路图.....................................10 四、实际焊接电路板思路及过程............................11 （一）、设计思路及电路图.................................11 （二）、设计及焊接过程...................................11 （三）、电路板展示.......................................12 五、课程设计总结与体会..................................13
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一、课程设计目的
1．巩固数字电路技术基础课程所学的理论知识，将学习到的理论知识落实到实际，所谓学以致用。并且将模拟电路技术基础和电路分析基础等课程的所学知识加以强化。
2．熟悉几种常用集成数字芯片74LS161、74LS194等的功能和应用，并掌握其工作原理，并将这几种芯片的应用结合起来。从而学会使用常用集成数字芯片进行电路设计。
3.学会使用protues软件进行模拟电路仿真，并且学会将仿真电路实现。 4.了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题，学会使用基本元器件其进行电路设计。
5.培养自己的动手能力,团队协作能力。
二、 课程设计要求
（一）、彩灯控制器设计要求
设计并制作8路彩灯控制电路，用以控制8个LED按照不同的花色闪烁，要求如下：
1．接通电源，电路开始工作，LED灯闪烁；
2．LED灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种模式； 3．（选做内容）闪烁时实现快慢两种节拍的变换。 （二）、课程设计总体要求
（1）根据设计任务，每人独立完成一份设计电路图，并要求仿真实现； （2） 根据设计的电路图，两人一组，利用万能板完成电路的焊接，并调试成
功；
（3） 每人独立完成一份设计报告。
三、课程设计内容 （一）、设计原理分析
1.基本原理如下：总体电路共分三大块。第一块实现时钟信号的产生和控制，利用555定时器连接电路实现该功能；第二块实现花型的控制及节拍控制，利用
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74LS161芯片实现该功能；第三块实现花型的演示，利用74LS194芯片实现该功能。主体框图如下：
时钟控制电路 花色控制电路 花色演示电路 2.根据所提供的实验器材各模块总体思路如下：
（1）.时钟信号产生和控制（clock）电路：利用555定时器接对应的电阻、电容后形成多谐振荡器，从而产生脉冲信号。
公式;f=1/((R1+2R2)CIn2); T=((R1+2R2)CIn2;
（2）.花型控制电路：由两片74LS161 4位二进制同步计数器和7个与非门4个非门共同完成花型控制电路，两个74LS194作为一个组合完成一个花色，但是两个74LS194在演示时实际是相互对立的，所以每个74LS194连接的4个灯在每种花色里一共需要产生8种不同的状态。通过控制不同的脉冲下SR、SL、S0、S1的输入来控制每个脉冲下LED灯移动方向以及移动状态。因为在第一个74LS161在0000时为初始状态，0001时开始亮第一个灯，所以第八个状态时第一个74LS161状态为1000，在下一个状态1001时，将它的Q3与Q0的与非门接在两个74LS194和自己的的MR上与，使其异步置零，这时8盏灯全部熄灭，之后进入下一个花色演示。因为亮完三种不同花色之后将进入下一个循环，所以第二片74LS161将设计成三进制，即将Q0与Q1的与非门接到异步置零端上。
（3）.由两片74LS194 双向移位寄存器完成花型演示部分，可左移右移完成花
3.整个花型控制电路设计如下：
我将8路灯上下四个摆成了两个菱形。如下图所示：
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花型1：8路灯从D1至D8逐个亮，然后全部熄灭。
花型2：两个菱形同时依次亮两个灯，然后这两个灯绕着两个菱形流动两圈后，这4个灯同时熄灭
花型3：上面一个菱形4路灯逐一亮起后，下面一个菱形的4盏灯开始亮，这时上面4盏灯逐一熄灭，等下面4个灯都亮起后，全部熄灭。 4.花色表格表示
将D1-D8八个灯的状态，亮则为1，不亮记为0，则每种花色的状态如下：
序号 1 2 3 4 5 6 花型1 10000000 11000000 11100000 11110000 11111000 11111100 11111110 11111111 0000000 花型2 10001000 11001100 01100110 00110011 10011001 11001100 01100110 00110011 00000000 花型3 10000000 11000000 11100000 11110000 11101000 11001100 10001110 00001111 00000000
7 8 9 三种花型每种花色演示一遍，之后全部熄灭，待三种花型循环一次之后，进入
下一个循环。
（二）、器件选择
74LS161(四位二进制同步计数器)-------------------------------- 2个； 74LS194（移位寄存器）---------------------------------------- 2个； 74LS04------------------------------------------------------- 4个； 74LS20----------------------------------------- --------------7个； LED发光二极管--------------------------------- -------------- 8个； 555---------------------------------------------------------- 1个；
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电容：4.7µf-------------------------------------------------- 1个； 电容：0.01µf------------------------------------------------- 1个； 电阻：47k-------------------------------------------------- 2个； 电阻：470-------------------------------------------------- 8个； 导线若干。
（三)、具体电路连线及设计思路
1.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：47 kΩ
时钟信号周期为： 脉冲周期T=(R1+R2)Cln2=0.33s 电路图如下：
555定时器的连接：1接地，2和6相连，2连一个4.7µf的电容后接地，连一个0.01μf的电容后接地，4和8相连后接电源正极，8接47kΩ的电阻和7相连，7连47kΩ的电阻和6相连。
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2. 花型控制信号电路：
由二片74LS161级联计数器实现，将其几个输出信号加上适当门电路产生三种花型所需的输入信号。
两片双向移位寄存器74LS194的的SR、SL、S0、S1等均有两片74LS161控制，两片74LS194的驱动方程如下;
注：为了区分两片74LS161，不妨将第二个74LS161的输出端记为q0、q1、q2、q3,因为没有提供与门和或门所以只有使用与非门和非门组合表示与门和或门； 第一片74LS194:
SR=(Q1*q1)’; SL=Q3; S0=(q0’*Q2)’; S1=((Q2*q1)’)’= Q2*q1; MR=(Q0*Q3)’; 第二片74LS194:
SR=(Q1*q1)’; SL=Q3; S0=(q0’*Q2’)= q0+Q2; S1=((q1*Q2’)’)’= q1*Q2’; MR=(Q0*Q3)’; 电路图如下：
下面对74LS做一个简单的介绍:
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（1）74LS161引脚图
（2）74LS161的功能表
74LS161为二进制同步计数器，具有同步预置数、异步清零以及保持等功能。
从功能表的第一行可知，当CR＝0（输入低电平），则不管其他输入端（包括CP端）状态如何，四个数据输出端QA、QB、QC、QD全部清零。由于这一清零操作不需要时钟脉冲CLK配合，所以CR(即仿真时的MR端)为异步清零端，且低电平有效，也可以说该计数器具有“异步清零”功能。 3. 花型演示电路：
由二片移位寄存器74LS194级联实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，为了保护二极管，在每个二极管后面都接了一个470的电阻，并且电阻之
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后接地。用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。电路图如下：
74LS194的引脚图：
74LS194的功能表：
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74LS194是移位寄存器，利用两块双向移位寄存器74LS194和8路LED灯组成的终端负责显示任务，移位寄存器采用“串入并出”的方式，而且每个芯片组各自独立。当工作时左右移动的串入脉冲共同控制LED灯的亮和灭，进而形成各种花色。
4.总体电路图如下：
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四、实际焊接电路板思路及过程; （一）、设计思路及电路图
在焊接电路时，由于我的电路比较复杂，光与非门就有7个，所以我们选用了周泓岑的电路。我们先是上网上查找了74LS161、74LS04、74LS20、74LS194的引脚图，然后对应着仿真电路图做了一番改造，我们画出了仿真电路图中没有的引脚例如8接地，6接电源，尽量避免了交叉。可是即使是我们两人中较为简单的电路图改造出来依然令人咋舌，因为我们毕竟是学软件的，并不擅长硬件方面，所以这个对于我们来说难度太大，于是我们又对原仿真电路图进行了简化改造,去掉了一个与非门，这时连接出来的电路图才觉得可以试一试。我们的电路图如下所示;
（二）、设计焊接过程
在电路图设计出来后，我们就进行了分工。由周泓岑主要负责焊接工作，由我来检查电路图并且指示周泓岑应该焊哪一根线，同时我还进行了飞线的制作。在焊接哪一根线之前，我会用铅笔仔细地在电路板上描出要焊的线。万一锡焊地
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过多了，我们就会用吸锡器将其清除。就这样，在在经过了整整一天的焊接后，我们终于焊出来了完整的电路。
（三）、电路板展示：
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五、课程设计总结与体会
这次数电课程设计对于我来说，是一个极大的挑战，因为我们之前做的课程设计莫过于写一段代码或是使用软件设计一个作品出来，而这个数电课程设计却是对于我们对于数电知识的掌握以及我们的动手能力的极大的综合考察。完成这个课程设计我们前前后后大概花了两周的时间才总算完成！
开始老师将题目布置下来时，我一脸茫然，根本不知道该如何下手。因为我们虽然学过74LS161和74LS194芯片的功能以及方法，但是如何将它们结合起来设计出来一个电路，难度还是很大的！所以我开始没有设计而是对于数电课本做了一番研究，对于这两种芯片的功能和方法有了进一步的了解，这时我们班上已经有同学设计出来了电路图，虽然电路图很简单，花色也比较单一，但是对于我来说却非常的具有参考意义。我仔细研究了别人的电路图，大概明白了如何将74LS161与74LS194联系起来。然后在17周时我到图书馆静气凝神设想了三种花色，然后通过列出真值表找出来了74LS161的各个输出端具有什么关系才会出现这样的花色，然后在草稿纸上画出了草图，在晚上时我使用proteus按照草图画出了仿真实验图，连电路图我倒没花多少时间，我本以为要花大量时间去修改电路图呢!谁知开始只出现了一点小问题，修改之后一举成功！！！
在仿真答辩时，由于是我自己设计的电路所以对于它的工作原理非常熟悉，所以对于老师的提问对答如流。不仅如此，由于我没有对两片74LS194建立联系，而是对于脉冲的时间进行了精确的计算以此来控制花色的正常显示。老师说我提供了一种设计新思路，作为鼓励，给我打了一个91的高分。对此我深表谢意。因为我的努力得到了老师的认可。
在焊接电路时，我看我们连接出来的电路图还较为简单，本以为大概一个晚上就可以搞定了，谁知道说起容易做起难，等我们真正去做才发现实际远比想象中的要难，我们刚开始甚至闹出来弄错电路板正反面的笑话。光是熔化锡丝接线路我们就花了很多功夫，在我们开始焊接得非常粗糙，还是请教了别人之后，又在废电路板上练习了好一会儿，才总算掌握了焊接的基本技巧，焊接出来的电路才较为平滑。在经过十几个小时的焊接之后，我们终于焊接出来了完整的电路板。
总的来说，我们这次课程设计虽然花了很多的时间与精力但是我觉得自己
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的收获还是非常大的。首先，我通过此次课程设计锻炼了自己的实际动手能力，说实话在我大学期间甚至在整个学习生涯都没有实际做过什么作品，我们所做的不过是设计以及计算而已，而这次课程设计我们却实际操作了电烙铁等工具做出来属于自己的东西，所以等我们将电路图焊接出来时还是非常具有成就感的！其次我在此次焊接过程中也了解了认真细致的重要性，因为焊接电路不同于其他，一旦有一条线路有了些许错误，整个的电路板就会出错，这是毫无疑问的，所以我们在以后的生活或是工作中一定要养成一丝不苟的习惯。最后，这次的课程设计也培养了我的团队协作能力，因为若是没有我的队友周泓岑的帮助，就凭借我一个的力量是很难将电路板焊接出来的，所以在此我也要对此深表谢意！在今后我们也一定要重视团队的力量！
以上便是我对于此次课程设计的全部感想!
参考书目：
[1] 阎石，《数字电子技术基础（第五版）》， 北京，高等教育出版社，2006年；
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