迷你彩灯控制电路设计报告

迷你彩灯控制电路摘要：迷你彩灯的图形是由十六个发光二极管摆成两片小叶子的形状，主要的图形有逐个点亮，逐个熄灭，闪烁，辐射，追逐，循环点亮的图形，主要应用双向移位寄存器74ls194与彩灯连接，利用芯片可以左移右移并行置数和异步清零的功能以及芯片之间的连接实现不同的彩灯图案。

电路中利用晶振作为电路的脉冲信号源，利用4060进行分频，分出需要的不同频率的信号。

电路中还利用了计数器（74ls191，74ls161），比较器（74ls85），缓冲器（74ls244），反相器（74ls04），两输入或门（74ls32）等进行电路的连接和控制。

拓展电路中利用里计数器（74ls161），3—8译码器（74ls138），存储器件（2864），两输入与非门（74ls32）等器件，在8*8LED点阵中构造图形。

在电路仿真中，利用仿真软件（proteus）进行仿真，并实现了上述功能，在实际连接线的过程中，实现了基本功能，但由于时间关系，并没有将拓展功能连好。

在本次的课程设当中，能够自己动手与搭档合作实现电路的仿真的电路的实际连接，非常有利的锻炼了自己实际操作的能力，将学到的知识与实际的动手联系起来，有趣又充满挑战，是一次很有意义很有收获的课程设计。

正文：第一章系统概述1.设计思路与总体方案的可行性论证：在本次迷你彩灯控制电路设计过程中，我们要使用十六个发光二极管组成两片小叶子的形状，十六个二极管采用共阴接法，利用四片双向移位寄存器74ls194的十六个输出端控制十六个输出端分别控制十六个二极管的阳极，利用74ls194有左移、右移、并行置数、异步清零的功能控制二极管的亮灭，从而实现不同的闪烁图形。

在控制74ls194实现何种功能的过程中可以利用计数器的输出来控制，给予计数器和74ls194不同的频率脉冲，则可以控制74ls194的功能。

由于74ls194只有左移、右移、置数、清零这四个功能，如果要实现尽可能多的图案，则要控制这几种功能的输入，在设计中利用缓冲器（74ls244）来控制74ls194的输入，这样可以实现尽可能多的图形。

在基本功能的实现电路中要用到12块芯片，符合电路的设计要求，在电路仿真中也可以实现以上所需要的各种图案，方案可行。

2.各功能模块的划分与组成：在迷你彩灯控制电路设计过程中，基本功能实现的电路大致可以分为三个部分。

第一部分：彩灯的连接电路；第二部分：彩灯控制电路；第三部分：振荡电路。

彩灯的连接电路中，使用四片74ls194分别连接十六个发光二极管的阳极，每个二极管都只有一个端子唯一控制，二极管之间彼此独立，可以实现独立控制二极管的亮灭。

彩灯的控制部分：主要控制74ls194的左移，右移，置数和清零。

利用计数器（74ls191）的输出控制74ls194的S1和S0端子。

利用缓冲器（74ls244）控制74ls194左移右移和置数的输入，缓冲器则由计数器的输出进行控制。

这样就可以确定当计数器输出为一个值时，彩灯是何种图案。

彩灯的振荡电路部分：这部分主要由晶振和4060组成。

晶振产生一个频率由4060进行分频，由于晶振产生的频率较高，4060分频的最低频率仍不能满足电路所有需要，还利用了74ls161进行分频。

3.总体工作过程：当74ls191的输出Q2Q1Q0=001时，74ls194的S1S0=01，为右移，这时74ls194的CLK为8Hz信号，U4的右移输入信号为4Hz的脉冲信号，将U4的Q3输出作为U3的右移输入，以此类推，这是则会出现追逐的彩灯图案。

32个脉冲信号之后，此时74ls191的输出Q2Q1Q0=010时，74ls194的S1S0=10，为左移，这时74ls194的CLK为8Hz信号，U1的左移输入信号为U4的Q0取反，将U1的Q0输出作为U2的左移输入，以此类推，这是则会出现逐个点亮，逐个熄灭的彩灯图案。

32个脉冲信号之后，即彩灯逐个点亮、逐个熄灭一次之后，74ls191的输出Q2Q1Q0=011时，74ls194的S1S0=11，为置数，此时这时74ls194的CLK为8Hz 信号，且所有的74ls194的D0~D3都连在一起，输入的是4Hz的脉冲信号，这是会出现彩灯同时亮同时灭的图案。

32个脉冲信号之后，即彩灯同时闪烁16次之后，74ls191的输出Q2Q1Q0=100时，74ls194的的清零输入端此时为0，输出清零，此时没有彩灯图案。

当74ls191的输出Q2Q1Q0=101时，74ls194的S1S0=01，为右移，此时这时74ls194的CLK为4Hz信号，U4的右移输入信号为连续的两个高电平信号的脉冲信号，此时会出现两个彩灯循环点亮的图案。

16个脉冲之后，此时最后两个彩灯是亮的，此时74ls191的输出Q2Q1Q0=110时，74ls194的S1S0=10，执行左移功能，左移输入为低电平，这是图案与刚才右移时的图案刚好相反。

16个脉冲之后，左移循环完毕，所有二极管都是灭的，此时74ls191的输出Q2Q1Q0=111时，74ls194的S1S0=11，执行置数功能，此时74ls194的D0~D3并不是连在一起的，中间彩灯的传递到第二层，第二层的亮灭传到第三层，第三层的亮灭传到第四层，并取反传到中间彩灯，这样循环，产生发散的彩灯图案。

第二章单元电路设计与分析第一部分：彩灯的连接电路。

将所有彩灯的阴极电路连接在一起，接100Ω电阻，接地。

将U1~U4的Q0~Q3端分别接在16个彩灯的阳极，使得彩灯之间相互独立。

并且分别将U1~U4的S1、S0、CLK、MR端接在一起。

第二部分：彩灯控制电路。

彩灯控制电路即要控制74ls194的左移、右移、置数、清零以及控制74ls194的输入的功能。

控制电路大致还可以分为三部分，第一部分是由74ls191构成的8进制计数器，控制74ls194的S1S0端的输入，清零端MR的输入以及缓冲器的控制端。

利用输出的Q1Q0控制74ls194的S1S0端的输入，使得图形可以交替出现，当S1S0=00时，利用74ls32将74ls194清零。

同时74ls191的Q2端控制缓冲器，使得两个缓冲器交替工作，则74ls194得到不同的输入信号，从而实现不同的图案。

74ls191的输入频率为0.25Hz，即每个图案会有4s钟的时间，保证每个图案都有时间完整的呈现。

第二部分是由缓冲器74ls244构成。

控制整个74ls194的左移，右移和置数的输入。

当74ls191的Q2=0时， 74ls194的CLK为8Hz信号，右移时输入为4Hz脉冲信号；左移时 U1的左移输入信号为U4的Q0取反，将U1的Q0输出作为U2的左移输入，以此类推；置数时输入信号为4Hz的脉冲信号。

当74ls191的Q2=1时， 74ls194的CLK为4Hz信号，右移时输入为两个高电平信号； U1的左移输入信号为低电平，将U1的Q0输出作为U2的左移输入，以此类推；置数时输入信号为4Hz的脉冲信号U1的左移输入信号为U4的Q0取反，将U1的Q0输出作为U2的左移输入，以此类推；置数时输入信号为74ls194的输出信号。

第三部分，是控制右移输入信号的一个小部分，由74ls161组成的一个十六进制的计数器和一个四位数值比较器（74ls85）组成，74ls161的四位输出作为比较器的输入，同时与十进制数2进行比较，当小于2是输出为高电平，其他时间输出为低电平，街道缓冲器的输入端。

同时还将74ls161作分频的作用使用。

第三部分：振荡电路。

振荡电路由晶振和4060的分频电路组成。

晶振会产生大约32.768KHz的信号，4060则将其2的n次方分频，最小可以分到2Hz。

我们取用4Hz和8Hz的信号。

并将4Hz的信号利用上面的74ls161进行十六分频，作为74ls191的脉冲输入。

第三章电路的安装与调试1.试验箱电源坏掉，利用直流电源供电，将直流电源调至+5v，将“﹣”端和“GND”端用短路片短接，分别将+5v和地端接到面包板上，给面包板供电。

利用二极管作为检测器件进行检测。

2.面包板的布局不是太合理，需要在面包板摆出叶子的形状，由于面包板的构造，图形分布不是太过理想。

图形的排布占据了大量的空间，芯片的布局就显得极为重要，不过布局不好，则会造成接线乱、接线过多过长的问题。

我将彩灯布局在面包板的右下侧，大约占据右侧面包板的3/5，连线最多的芯片则是74ls194，将它布置在彩灯的左侧，上面两块74ls194正常放置，下面两块则反向放置便于四块芯片之间的连线。

将总的控制芯片也就是74ls191以及反相器74ls04放在下面两块74ls194的左边，将用的最少的74ls32放置在最上面，两块74ls244放在左上角和右下角，振荡电路放在左下角，分频电路和比较电路放在震荡电路的右边。

3.彩灯要连接限流电阻，但是若在阳极接电阻则需要16个电阻，接线繁琐，所以将所有的二极管阴极连在一起，接100Ω电阻接地，可以防止二极管被烧坏。

4.振荡电路的输出与标定的输出不符，实际芯片的管脚与仿真的并不相同。

用检测二极管查看所有的管脚，观察灯泡的闪烁频率，找出所需要的4Hz和8Hz的信号。

5.执行左移功能，即逐个点亮逐个熄灭时，发现彩灯图案右面的小叶子不能参与循环，一直是亮着的，分析是因为控制这四个彩灯的芯片左移的输入没有接好，不能与其他彩灯连城一个整体，没法参与循环。

检查芯片连接发现，该芯片的左移输出端子连错，重新连接后，问题解决。

6.当芯片执行置数功能时，发现只有中间的两级彩灯有闪烁，分析应是第二级的彩灯与第三级的彩灯置数输入端之间没有连接好。

检查电路发现时间第三级的输入端误接地，重新连接后发现电路运行正常。

7.当实现追逐的图案时，发现彩灯没有点亮，一直是暗的，分析认为是右移的输入端没有接信号或者接错了频率。

检查发现原本应该接4Hz的信号但是误接了8Hz的信号，使得CLK 信号与输入信号一致，故没有图案出现。

8.当实现两个彩灯依次点亮的图案的时候，发现最后彩灯可以正向传递，但是并不能反向传递回来，分析认为是控制信号的频率没有控制好，使得当彩灯循环至只有最后两个灯亮时没有及时由右移变为左移，使得左移输入一直为零，且初态为零，没有图案。

解决的方法是把原本的左移输入改为与右移输入同样的输入，这是会实现与构想同样的效果，但更为可靠。

9.在连接好电路进行测试时发现，指示灯一直停留在高电平，分析认为是电源和地误接在一起，查找电路芯片的电源和地的接线，发现在横排的面包板插孔中，地与电源短接，重新连接后电路工作正常。

第四章结束语对课程设计的结论性意见：1.对于迷你彩灯控制电路的设计，用尽可能少的芯片实现较多的彩灯图案，需要对控制端进行进行反复利用，并且对芯片进行重复利用，例如技术芯片同时可以用作分频使用。