彩灯循环控制系统_课程设计.doc

摘要
基于数字技术的循环流水彩灯系统结合了传统的数字电路基础技术和模块化设计的思路。其简易轻巧,外貌美观,能呈现多彩颜色的特点使它在现实生活中得到了广泛的应用。比如十字路口红绿黄的流水交通灯;节假日装扮用的流水彩灯;自动门上装有的自动流水灯等等。所以流水彩灯的设计可以进一步增加我们对流水灯的了解,感受流水灯给我们生活带来的方便。
本文接着对彩灯循环控制系统的初步框架进行设计,并对一些仿真软件和硬件系统方案进行了选择。在此基础上,又进一步详细介绍了该控制系统的硬件组成、软件仿真结果、控制方法。在软件仿真部分中,本文重点讲述了使用Multisim对数字电路进行仿真及仿真结果。在硬件设计中,将电路设计从主电路为二进制计数器延伸到用移位寄存器来控制。。
最后,本文就基于彩灯循环控制系统的特点,进行了归纳与总结。
关键词:流水彩灯循环 Multisim仿真移位寄存器
彩灯循环控制电路的设计与制作
1 结构设计与方案选择
基于数字电路技术的彩灯循环控制系统结构
现代的数字电路的设计大体上都是三步走的战略:即信号源,控制电路,输出显示。在明白大体的设计思路之后,对没有部分进行模块化的设计。最终可以完成我们的实验目标。本实验的具体设计框图如下:
彩灯循环控制电路
显示电路
脉冲信号产生电路

图1 本次实验总体框图
提供适当的输入源;彩灯循环控制系统主要是实现我们实验目标中的左循环、右循环、全灭和全亮的功能;显示电路主要是输出显示我们的实验结果。

:74ls193为主控电路
74ls193是双时钟4位二进制可逆的集成计数器,其双时钟可以实现加计数或减计数,当计数时钟脉冲从UP输入时,集成芯片实现加法计数过程,计数过程为0000到1111→0000;当计数时钟脉冲从DOWN输入时,集成芯片实现减法计数过程。CLR是异步清零端,高电平有效;~LOAD是异步欲置数控制端,低电平有效;预置数数据输入端包括A、B、C、D,D为最高位,A为最低位;
本电路的系统方案框图为:
74ls138译码电路
74ls193控制电路
555多谐振荡电路
LED 显示电路

图2 74ls193为主控流水彩灯电路框图
简要介绍:利用555计时器所组成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号,并将信号送到74ls193的时钟,将清零端CLR与QD相连,在进行加计数时,数据到了1000即8时,系统清零而回到0000,即0。在进行减计数时,四输入与非门的输入与QA、QB、QC、QD相连,输出与置位端~LOAD相连,DCBA接0111,即出现输出为1111时,电路回到0111即7,译码器将74ls193的输出地址转换为高低电平并使LED发光。
仿真电路图如下图所示:




图3 74ls193为主控的流水彩灯仿真图
操作:当 S1接低电平时,灯为全亮;
当S2接低电平时,灯为全灭;
当S3接脉冲信号时,灯实现左移;
当S4接脉冲信号时,等实现右移;
:74ls194为主控电路
本来用74ls198电路更为方便,但市场上买不到该芯片。故用两片74ls194来级联而成。
74LS194是四位双向通用移位寄存器。功能:并行输入和并行输出。当工作方式控制端S0、S1输入为高电平时,在时钟脉冲上升沿到来时,并行数据(A-D)被送入相应的输出端QA-QD。此时串行数据(DSR,DSL)被禁止;当S0为高电平、S1为低电平时,在时钟上升沿作用下进行右操作,数据由DSR送入;当S0为低电平、S1为高电平时,在时钟上升沿作用下,数据由DSL送入:当S0和S1均为低电平时,时钟被禁止。
本电路的系统框图为:
74ls138译码器电路
74ls194彩灯控制电路
555计时器组成多谐振荡器
LED显示电路
图4 74ls194流水彩灯控制电路框图
简要介绍:利用555计时器所组成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号,并将信号送到74ls194的时钟,两片74ls194级联起来,利用清零端的控制,可以使输出的电平为全低电平,从而使电路LED达到全亮的目的;利用电源的开断可以达到全灭的效果;在彩灯循环之前,利用芯片的并行输入的能力,将01111输入到输出端,在进行循环效果时,利用并行输出及循环的效果,这个0会在一个周期內循环到每一个输出口,从而产生了左移右移的效果。
仿真电路图如图所示:
图5 74ls194彩灯控制电路仿真图
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从两种方案的设计结果可以看出,虽然实际的市场中没有买到74ls198,只能由两片74ls194来代替。两个电路都用到了三个芯片,但从(1) 满足系统功能和