四花样彩灯控制器
前言
在当今的社会里，彩灯已经成为我们生活的一部分，能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。四花样彩灯控制器主要是通过电路产生有规律变化的脉冲信号来实现彩灯的各种变化。它的主要器件是寄存器。现如今寄存器是数字系统常见的重要部件，除在计算机中广泛用于存放中间数据外，它在其他方面的应用，目前在教材中只介绍可构成环形或扭环形计数器。本次实验由于触发器具有记忆的功能，可将移位寄存器设计成彩灯控制电路。由于电路本身实用，如果再通过仿真，可以直观地看到循环彩灯控制效果。如果稍微改动控制电路，就可以改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。控制电路是由数字电路课程中学过的单元电路组合而成的，主要由555振荡电路产生一矩形脉冲，在经74LS161分频后得到四路分频信号，由74LS74)74LS153组成的电子开关去控制这四路分频信号，进而控制彩灯亮灭的顺序，从而出现彩灯四种花样自动切换。
本课题设计师属于硬件逻辑设计，通过使用四频率输出分频器、时间选择器、四选一控制器、彩灯控制器等集成器件来进行彩灯四种花样的自动切换。其电路简单、取材容易，而且被广泛地应用与现实生活当中。
经过了几天的努力，安装并调试电路，期间还进行了部分方案的修改，现已实现了课程设计的主要任务和具体要求。
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四花样彩灯控制器
第一章设计要求
1.1 设计课题
题目:四花样彩灯控制器
1.2 设计要求
基本要求:设计一四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现:
(1) 一亮一灭，从左向右移动;
(2) 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。
1.3 参考器件
主要参考器件:555定时器，模十六计数器74LS161，双D触发器74LS74，双四选一数据选择器74LS153，八位移位寄存器74LS164。
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四花样彩灯控制器
第二章电路方案设计
2.1 方案比较
方案一:
系统框图如图2.1所示:
移位寄存器分频计数器数据选择器单稳态触发器
QD输出
开关电路输出
图2.1 方案一系统组成框图
图2.1中的框图由一个555构成时钟电路，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，时钟脉冲控制模十六计数器和移位寄存器，分频计数器的QD 控制双D触发器。
方案二:
系统框图如图2.2所示:
多谐振荡器
数据选择器多谐振荡器分频计数器移位寄存器
开关电路多谐振荡器输出
图2.2方案二系统组成框图
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四花样彩灯控制器
图2.2中的框图由两个555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。
比较两方案可知两种设计方案都是由时钟电路、分频电路、开关电路、输出电路四大电路组成，后三大电路设计方案基本一致，不同的是时钟电路。方案一的时钟电路是由一个555构成的多谐振荡器，而双D触发器的脉冲由模十六计数器的
Q4提供;方案二的时钟电路是由两个555构成的多谐振荡器，一个提供十六计数器和移位寄存器的脉冲，另一个提供双D触发器的脉冲。其中若方案二的两555的输出脉冲周期没有调好，就极易导致数据选择器输出的两种码之间的间隔与彩灯每一种状态持续的时间不成整数倍，使彩灯的一种花样完成后并没有进入另一种状态，当进入另一种状态时上一种状态的多余码进入下一个状态，或者一种花样还没完成就进入下一种花样，会出现混乱的状态。这时需改变双D触发器的CP脉冲，即改变多谐振荡器的电阻，使得一种花样完成后，数据选择器地址输入端状态改变，正好选择另一组码输出，彩灯花样改变，但这种改法较复杂。而方案一则是用分频计数器的QD控制双D触发器，这样就可以确保数据选择器输出的两种码之间的间隔
恰好是彩灯每一种状态持续的时间的整数倍，而且此方案比方案二少用了一个555，电路更为简单，是更好的设计方案。
2.2 电路图设计
我们选择方案一的设计思想，设计的电路如图2.3所示。
本电路图设计简单、结构清晰，可分为四种码产生电路、开关电路、输出电路和时钟电路这四个模块。四种码产生电路由模十六计数器和组合逻辑门构成，开关电路由双D触发器和数据选择器构成，输出电路由移位寄存器和彩灯构成，时钟电路由一个555构成。通过改变多谐振荡器的电阻可改变彩灯流动的速度和各花样持续的时间，实现了彩灯花样的动态变化，增强了控制器的灵活性。
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图2.3 电路原理图
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第三章系统组成及工作原理
3.1 系统组成
该设计由一个555构成的时钟电路，模十六计数器构成的四种码产生电路，双D触发器和数据选择器构成的开关电路，移位寄存器和八个彩灯构成的输出电路这四大电路组成。其中时钟脉冲控制模十六计数器和移位寄存器，分频计数器的QD 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中;另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。改变多谐振荡器的电阻或电容可以改变振荡频率，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。多谐振荡器输出的计数脉冲经过双D触发器构成的两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑状态。这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，对应从模十六计数器输出送到数据选择器的QA，QB，QC，QD四个分频信号。其作用相当于一个受时钟控制的一刀四位的机械转换开关。当双D触发器输出为“00”时，数据选择器输出10101010序列脉冲，为二分频信号，实现花样一，即灯一亮一灭，从左向右移动;为“10” 时，数据选择器输出11001100序列脉冲，为四分频信号，实现花样二，即灯两亮两灭，从左向右移动;为“01” 时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三，即灯四亮四灭，从左向右移动;为“11” 时数据选择器输出1111111100000000序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四，即灯从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭。调节开关电路的CP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。
数数据选择器的输出端接到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Q0到Q7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，就出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。
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第四章单元电路设计与计算
4.1 时钟脉冲产生电路
