目录
摘要 (2)
第一章系统总体方案设计 (3)
第一节系统组成框图 (3)
第二节工作原理 (3)
第二章元器件选择 (6)
第一节元器件清单 (6)
第二节 74LS194 (7)
第三节 74LS161 (8)
第四节 D触发器 (9)
第五节 555时基电路 (11)
第六节发光二极管 (13)
第三章模块介绍 (15)
第一节电源电路 (15)
第二节时钟脉冲产生电路 (15)
第三节分频电路的工作原理 (16)
第四节状态机电路 (17)
第五节移位输出电路 (18)
总结 (19)
参考文献 (20)
附录 (21)
摘要
随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩灯。在现实生活中，大家都见过霓虹灯，它们闪烁着不同颜色的光，变换这不同的花型，在夜晚很是好看。它是一种很好的照明娱乐工具。而彩灯控制器在我们日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能用到它的原理。本次设计的是简易彩灯控制器电路，采用电子元件制作的一个简易的具有四种变换花型的彩灯，但这是进行复杂设计的基础。
首先要分析设计要求，（1）可以控制8个以上的彩灯；（2）可以组成四种以上花型，并且每种花型能够连续循环两次，各种花型轮流显示。通过分析问题和初步整体思考，设计如下方案：整体功能的实现需要以下四个模块来实现：它们是：时钟振荡电路，分频电路，状态机电路，移位显示电路。基于74系列简单逻辑门电路的组合，实现简易电子彩灯控制器电路，具有电路设计简单，成本低廉的特点。
关键词：时钟脉冲；分频；双D触发器；移位寄存器；计数器
第一章系统总体方案设计
第一节系统组成框图
把四花型彩光灯设计分为几个独立的功能模块进行设计，每个模块完成特定的功能，再它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可由四个模块组成。它们分别为：时钟振荡电路，555
定时器构成多谐振荡器；分频电路，由四位二进制计数器 74LS161组成，为D 触发器提供时钟；状态机电路，由双 D 触发器组成；移位显示电路，由双向移位寄存器 74194 和发光二极管组成，实现花型显示。
如下图：
图1-1 系统组成框图
第二节工作原理
由555定时器构成的时钟振荡电路产生固定频率的脉冲，一方面
作用于由74161组成的分频电路，一方面作用于由74F194构成的移位输出电路，为他们提供时钟信号。由于74161是16分频计数器，故每十六个脉冲74LS161进位一次,致使触发器U1A翻转一次，而触发器U2A的3脚连接的是触发器U1A的5脚，实现了U1A的16分频和U2A的32分频。所以平均U1A翻转两次而U2A翻转一次。集成移位寄存器74194由个RS 触发器及他们的输入控制电路组成，其中Ｓ1和Ｓ0是两个控制输入端。双Ｄ触发器的输出端改变Ｓ0,Ｓ1的值，实现左右移动控制。可组成U1A 左移，U2A右移；U1A右移，U2A右移；U1A左移，U2A左移；U1A右移，U2A左移四种花型。每十六个脉冲每种花型恰好循环两次，而此时Ｄ触发器翻转，转换为下一种花型。四种花型如下：
花型一：四个灯为一组，两组均从右向左亮起，再从右向左灭掉。
花型二：四个灯为一组，两组均向中间亮起，再从两边向中间灭掉。
花型三：四个灯为一组，两组均从左向右亮起，再从左向右灭掉。
花型二：四个灯为一组，两组均从中间向两边亮起，再从中间向两边灭掉。
表1-1
图1-2 设计原理图
第二章元器件选择第一节元器件清单
第二节 74LS194
74LS194引脚图如下：
图2-1方框符号
图2-2 拐角符号
集成移位寄存器74194由4个RS触发器及它们的输入控制电路组成。其中两个控制输入端M1、M0的状态组合可以完成4种控制功能，其中左移和右移两项是指串行输入，数据是分别从左移输入端Dsl和右移输入端DsR送入寄存器的。RD为异步清零输入端。
表2-2 74LS194真值表
由上功能表知，第1行表示寄存器异步清零；第2行表示当RD=1，CP=1(或0)时，寄存器处于原来状态；第3行表示为并行输入同步预置数；第4、5行为串行输入左移；第6、7行为串行输入右移；第8行为保持状态。
第三节 74LS161
74LS161的引脚图如下：
图2-3 74LS161引脚图
74LS161功能表如下所示：
表2-3 74LS161功能表
第四节 D触发器
D触发器的引脚如下图：
图2-4是D触发器的逻辑符号，从图2-4可看出CP是上升沿有效，当然，D触发器还有CP下降沿有效的，如图2-4（b）所示。
（a） (b)
图2-4 维持阻塞D触发器逻辑符号
此表为D触发器的特征表，特征表就是Qn将也作为真值表的输入变量，而Qn+1为输出，此时的真值表称为特征表。有特征表可得特征方程：Qn+1=D
状态转换图和时序图
维持阻塞D触发器的状态转换图如图2-5所示，图（a）为状态转换图，图(b)为时序图。
（a）
(b)
图2-5 D触发器的状态转换图和时序图
第五节 555时基电路
-
图2-6 555时基电路的电路结构及引脚图
上图为555时基电路的电路结构和8引脚双列直插式的引脚图，由
图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。它的各个引脚功能如下：
1脚：GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：VCC（或VDD）外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般为5V。
3脚：OUT（或Vo）或输出端。
2脚：TR低触发器。
6脚：TH高触发器。
4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：CO(或VC)为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01mF电容接地，以防引入干扰。
7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5K的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如下表所示：
