【正文】 激情高漲， 留連 忘返。 本課題研究的是四花樣彩燈控制器，應用的是數(shù)字邏輯電路的有關知識，是進行復雜設計的基礎，對 進行復雜彩燈設計具有指導意義 第 3 頁 第 2 章 系統(tǒng)組成及工作原理 四 花樣彩燈設計可先對幾個獨立的功能模塊進行設計，每一個模塊完成特定的功能 ,再把它們有機的組織起來構成一個系統(tǒng)完成彩燈控制器的設計。系統(tǒng)可由四個模塊組成，它們分別是：時鐘電路、四種碼產(chǎn)生電路、自動轉換控制電路、數(shù)據(jù)輸出，設計框圖如圖 21所示。 圖 21 系統(tǒng)組成框圖 各模塊的組成及功能分析： ：由兩個 555 和電阻電容組成，構成兩個多諧振蕩器，一個周期為0． 721 秒，控制計數(shù)器和寄存器，另一個周期為 秒，控制雙 D觸 發(fā)器。 :由模十六計數(shù)器 74LS16與門 74LS08 和非門 74LS04 組成，計數(shù)器的四個輸出端接組合邏輯門從而產(chǎn)生四種碼。 ：由雙 D觸發(fā)器 74LS74 和四選一數(shù)據(jù)選擇器 74LS153 組成，雙 D的兩輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端，它能產(chǎn)生兩位循環(huán)二進制碼，每改變一種狀態(tài)，數(shù)據(jù)選擇器選擇一種碼輸出，使彩燈花樣自動循環(huán)。 ：由八位移位寄存器 74LS164 和八個彩燈組成，選擇輸出的每一種碼輸入到寄存器的數(shù)據(jù)輸入端，使碼在寄存器的八個輸出端自左向右移動，實現(xiàn)彩燈的花樣。 工作原理分析： 從多諧振蕩器出來的脈沖信號分為兩路：一路作為計數(shù)脈沖送到模十六計數(shù)器；另一路做為移位時鐘脈沖加到移位寄存器。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻時鐘電路 輸出電路 時鐘電路 控制電路 四種碼產(chǎn)生電路 第 4 頁 率，即改變彩燈移動的速度，得到不同的動態(tài)效果。 多諧振蕩器、雙 D觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器共同組成一個電子開關。多諧振蕩器輸出的計數(shù)脈沖經(jīng)雙 D 觸發(fā)器兩位二進制計數(shù)器，在它的兩個輸出端得到 00、 0 11 四種邏輯狀態(tài)。這四個狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個數(shù)據(jù)通道選擇信號，對應從模十六計數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)選擇器的 QA， QB， QC， QD 四個分頻信號。其作用相 當于一個受控的一刀四位的機械轉換開關。當雙 D 觸發(fā)器輸出為“ 00”時，數(shù)據(jù)選擇器輸出10000000 序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣一；為“ 10” 時，數(shù)據(jù)選擇器輸出11000000 序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣二；為“ 01” 時數(shù)據(jù)選擇器輸出 11110000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣三；為“ 11” 時數(shù)據(jù)選擇器輸出 1111111100000000序列脈沖，為十六分頻信號，實現(xiàn)花樣四。調(diào)節(jié)開關電路的 CP脈沖產(chǎn)生電路的電阻，可以改變開關的切換時間用以選擇每種花樣出現(xiàn)時間的長短。 數(shù)據(jù)選擇器的輸出端接移位 寄存器的輸入端，在時鐘脈沖的作用下，數(shù)據(jù)在移位寄存器的八位并行輸出端從 Q0 到 Q7 順序移動。移動的八位控制信號直接控制發(fā)光二極管的亮滅，就出現(xiàn)了八路四花樣自動循環(huán)切換的流水彩燈。 第 5 頁 第 3 章 電路方案選擇 循環(huán)彩燈電路設計方案有多種，這里考慮了以下兩種方案： 方案 1 利用數(shù)字芯片實現(xiàn)。用模十六計數(shù)器 74LS161 的輸出端的最高位 QD作為雙 D 觸發(fā)器的時鐘，可以少用一個 555 定時器。計數(shù)器每計八個數(shù)， QD由低電平變?yōu)楦唠娖?，雙 D觸發(fā)器的狀態(tài)改變，四選一數(shù)據(jù)選擇器 74LS153 選擇下一種碼輸出，彩燈變?yōu)榱硪环N花樣，以 后四種花樣循環(huán)改變。如圖 31所示。 圖 31 比較方案 1 電路圖 方案 1 的優(yōu)點是省了一個 555 脈沖產(chǎn)生電路，使電路更清晰，增強了電路的可靠性；缺點是如果按此方案連接電路，彩燈無法完成第四種花樣（依次點亮，依次熄滅），只能完成一半，依次點亮或依次熄滅，部分實現(xiàn)了設計要求，所以不采用。 方案 2 用多諧振蕩器的輸出端作為雙 D觸發(fā)器的時鐘。計數(shù)器每計八個數(shù)， QD由低電平變?yōu)楦唠娖?，雙 D 觸發(fā)器的狀態(tài)改變，四選一數(shù)據(jù)選擇器 74LS153 選擇下一種碼輸出，彩燈變?yōu)榱硪环N花樣，以后四種花樣循環(huán)改變 。如圖 32所示。 U 1 A 7 4 L S 0 4 D21U 1 B7 4 L S 0 4 D43U 1 C7 4 L S 0 4 D65U 1 D 7 4 L S 0 4 D89U 2 B7 4 L S 0 8 D456U 2 C7 4 L S 0 8 D9108U42Y92 C 0102 C 1112 C 2122 C 313A14B2~ 1 G11Y71 C 061 C 151 C 241 C 33~ 2 G157 4 L S 1 5 3 DU6QA3QB4QC5QD6A1B2~ C L R9C L K8QE10QF11QG12QH137 4 L S 1 6 4 DQA14QB13QC12QD11R C O15A3B4C5D6E N P7E N T10~ L O A D9~ C L R1C L K2U37 4 L S 1 6 1 DU 7 A1D21Q5~ 1 Q6~ 1 C L R13~ 1 P R47 4 L S 7 4 DU 7 B2D122Q9~ 2 Q8~ 2 C L R1311~ 2 P R107 4 L S 7 4 D 第 6 頁 圖 32 比較方案 2 電路圖 優(yōu)點 :本電路圖設計簡單、結構清晰，可分為四種碼產(chǎn)生電路、開關電路、輸出電路和時鐘電路這四個模塊。四種碼產(chǎn)生電路由模十六計數(shù)器和組合邏輯門構成，開關電路由雙 D觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器構成，輸出電路由移位寄存器和彩燈構成，時鐘電路由兩個 555 構成。通過改變多諧振蕩器的電阻可改變彩燈流動的速度和各花樣持續(xù)的時間，實現(xiàn)了彩燈花樣的動態(tài)變化，增強了控制器的靈活性。缺點：原因可能是數(shù)據(jù)選擇器輸出的兩種碼之間的間隔大于彩燈每一種狀態(tài)持續(xù)的時間，使彩燈的一種花樣完成后并沒有進 入另一種狀態(tài)，當進入另一種狀態(tài)時上一種狀態(tài)的多余碼進入下一個狀態(tài)，故出現(xiàn)了混亂的狀態(tài)，可改變雙 D 觸發(fā)器的 CP 脈沖，即改變多諧振蕩器的電阻，使得一種花樣完成后，數(shù)據(jù)選擇器地址輸入端狀態(tài)改變，正好選擇另一組碼輸出，彩燈花樣改變。所以選擇第二種方案。 第 7 頁 第 4 章 單元電路設計與計算 時鐘脈沖產(chǎn)生電路 時鐘脈沖產(chǎn)生電路由 NE555 定時器、兩個電阻和兩個電容構成。 555 定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它可以方便的構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，由于使用靈活、方便，所以 555 定時器再波 形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等多種領域都得到廣泛應用。時鐘脈沖產(chǎn)生電路主要由 555 定時器芯片來實現(xiàn)， 555 芯片管腳圖如圖 41所示。 圖 41 NE555定時器 555 定時器內(nèi)部機構如圖 ，它主要有以下部分組成： (1)電阻分壓器。由 3個 5 KΩ的電阻組成。 (2)電壓比較器。由 C1和 C2 組成，當控制輸入端懸空時， C1 和 C2 的基準電壓分別是 2/3Vcc 和 1/3Vcc。 (3)基本 RS 觸發(fā)器。由兩個與非門 G1和 G2 構成，對兩個比較器輸出的電壓進行控制。 (4)放電三極管 VT。 VT是集成極開路的三極 管， VT的集成極作為定時器的引出端 D。 (5)緩沖器。由 G3和 G4 構成，以提高電路的負載能力。 引腳功能 : 1 腳位接地端； 2 腳是低電平觸發(fā)端入端； 3 腳是輸出端； 4腳是復位端； 5腳是電壓控制端； 6腳是高電平觸發(fā)端入端； 7腳是放電端； 8 腳是電源端。 第 8 頁 時鐘電路圖如圖 42 所示。 圖 42 時鐘電路 用 555 定時器構成多諧振蕩器 ,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖 ,其周期為 : T=(R1+2R2)C (41) 要用兩個 555 產(chǎn)生兩個時鐘脈沖 ,兩個時鐘電路是相同的。 一個控制 74LS161 模十六計數(shù)器和八位移位寄存器 ,要能看到彩燈的流動 ,其周期設為 1秒左右 , 電阻值和電容值可設為： R1=1KΩ R2=51KΩ