摘 要
随着科技日新月异的发展，在现代生活中，彩灯作为一种景观，安装在建筑物的适当地方一是作为装饰增添节日气氛，二是有一种广告宣传的作用；用在舞台上增强晚会灯光效果。对动态灯光实时控制的装置很多。这些控制装置被控灯光系统按设定的变化方案进行亮、灭灯控制，形成各种灯光图案，有时还配以和谐的音乐，使光、声、色的综合艺术效果。此次，我们主要通过小型的数字集成器来设计更为实用的彩灯控制器。
本次课程设计基本要求设计一个四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现(1)彩灯一亮一灭,从左向右移动；(2)彩灯两亮两灭，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。
通过对课设的分析得知，首先要实现的是四种彩灯花样的四种码，花样的显示，以及四种花样之间与彩灯右移的频率产生等要点进行一一分析与实现，时钟信号由两个555产生，一个矩形脉冲控制模十六计数器74LS161和八位右移寄存器74LS164,另一个脉冲控制双D触发器。当彩灯完成一种花样时，双D触发器输出状态改变，数据选择器选择另一种码输出，彩灯变为下一种花样，直到完成四种花样再循环变化。
此外，本次课设对于全部的设计实现后，进行了要求提高，即每次花样完成后实现小彩灯的全灭，从而转接下一个花样。
【关键词】彩灯控制 花样转换 脉冲产生
目 录
摘要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1 前言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 第一章 设计要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4
1.1 设计课题及要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 第二章 系统组成及工作原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
2.1 系统组成框图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.2 工作原理分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 第三章 电路方案设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7
3.1 电路图设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 3.2 方案比较 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 第四章 单元电路设计与计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.1 555时钟脉冲产生电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 4.2 四种码产生电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 4.3 彩灯开关电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 4.4 花样输出电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 第五章 实验、调试及测试结果分析 „„„„„„„„„„„„„„„„15 5.1 结果的调试及分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17 附录1 花样彩灯控制器的原理总图 „„„„„„„„„„„„„„„18 附录2 元器件清单 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 附录3 芯片的引脚图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
前 言
科学技术是第一生产力。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的主义，作为一名大学生，不仅仅要将理论知识学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。电子课设是电子技术学习中非常这哦那个要的一个环节，是将理论与实践相结合的环节，是真正锻炼学生实践能力的环节。
数字电路课程设计对我们而言是一种全面的、综合地训练，它要求我们通过自己所学过的内容按要求去设计电路，并且要将所设计的电路焊接出来，这很大程度上提升了我们的问题分析能力、资料查找与整理能力和动手能力。它比平时的习题更复杂也更接近实际，在这其中很多问题都是我们在学习理论时所不曾遇见的，它使我们更好地深化理解和灵活掌握教学内容。通过这一综合训练培养了学生严肃认真的工作态度和科学作风,为今后从事电路设计和研制电子产品打下初步基础，检验学生的理论实践的能力，动手能力，分析和处理问题的能力，自学能力。通过本次课设提高了大家的动手和动脑能力，增强了大家对电子方面的学习兴趣及自学能力，本次课程设计使大家学到了很多，知道了自己在哪一方面的不足，为今后的学习提供了方向，使大家有了个质的提高。
第一章 设计要求
1.1 设计课题及要求
（一） 课设题目：四花样彩灯控制器
（二） 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) 彩灯一亮一灭,从左向右移动； (2) 彩灯两亮两灭，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。
（三） 主要参考元器：
74LS161 四位二进制计数器 1 74LS153 四选一数据选择器 1 74LS164 八位移位寄存器
1
74LS04 六非门 1 74LS74 双D触发器
1
555 计时器 2
第二章 系统组成及工作原理
2.1 系统组成框图
把四花样彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把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，它们分别是：四种码产生电路、花样选择电路、花样输出、时钟电路。设计框图如图2.1所示：
由两个555（或函数发生器）构成两个时钟电路，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花样选择电路，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。
2.2 工作原理分析
从多谐振荡器出来的方波信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器，让其产生花样所需的代码；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，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选择电路。多谐振荡器输出的计数脉冲经双D触发器两位二进制计数器，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控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01010101序列脉冲，为八分频信号，实现花样一；为“01” 时，数据选择器输出00110011序列脉冲，为八分频信号，实现花样二；为“11” 时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；为“10” 时数据选择器输出[**************]0序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。调节花样选择电路的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。
数据选择器的输出端接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。
第三章 电路方案设计
3.1 电路图设计
将各单元电路组织起来就得到了系统电路图，如附录1图1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，时钟电路由两个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。
但同时也存在一些问题，其一同时用两个555来产生脉冲信号的话，比较容易产生干扰，尤其是短周期的脉冲信号，比较容易产生乱码，导致彩灯不按照花样亮灭。于是我们放弃一个短周期555，用信号源代替。第二是脉冲不易控制，导致花样切换过程中有乱码，影响美观。
3.2 方案比较
3.2.1 比较方案1：
在原方案的基础上，用双D触发器的时钟同时作为八位移位寄存器的清零信号，可以在一种花样结束时，清空前一花样的显示，更加美观一点。但前提必须修改555产生的方波信号的占空比，不然的话，由于164的清零为异步低电平有效，将会有一半的时间清零。通过调整555，是的其产生的方波占空比为98%—99%，只切换花样的一瞬间清零。比较方案1电路图见附录1图2所示。
完成之后，效果比原方案确实好上不少。
但还是有问题，就是由于555的周期不易调整，导致一种新的花样出现时，不一定从头开始，导致开始乱码，不美观。
3.2.2 比较方案2：
方案2因为时间问题未在硬件上实现，但是我们感觉最好的。
为了彻底解决周期问题，我们在老师的帮助下讨论决定将555舍弃，另加一个161作为切换花样的脉冲发生电路。
具体方案为：利用第二个161的进位信号来控制双D触发器和164的清零以及代码产生161的清零。将代码产生的161的进位段接到控制161的cp端，可以先将控制161置为14，彩灯亮一个周期之后，代码产生161将进位给控制161，控制161自加1，变为15，再一个周期之后，控制161将产生进位，同时控制自己重新置数为14，而且将164清零，还控制双D触发器切换花样。这样就实现了一种花样结束时才清零。另一种花样出来时就是开始，没有了乱码。比较方案2电路图见附录1图3所示。
具体实现需要加非门对进位信息进行调整。
第四章 单元电路设计与计算
4.1 时钟脉冲产生电路
短时钟脉冲建议使用函数发生器或试验箱上的0.5秒脉冲
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:
T=0.7(R1+2R2)C„„„„„„„„„(4-1)
要用两个555产生两个时钟脉冲,一个控制74LS161模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动,其周期设为0.6秒左右, 电阻值和电容值可设为：
R1=1KΩ R2=50KΩ C=10μF 由公式（4-1）计算得：T=0.707S 但是不支持这个信号用555，易乱码。 电路图如图4.1所示:
L
图4.1 时钟电路
另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数器的周期倍最好,改变R1、R2的阻值即可，可设为：
R1=1KΩ ， R2=1MΩ ，C=10μF 由公式（4-1）计算得：T=14.007S
仅仅是计算值，现实不会很准确，建议用电位器调节。
4.2 四种码产生电路
根据彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即四种码产生电路要产生的码，如表4-1所示：
表4-1 四种码
要产生这四种码，可由十六进制计数器接组合逻辑门产生，十六进制计数器的真值表如表4-2所示：
当初大
表
4-2 计数器真值表
意，所有的输出加上
一个非门就更好啦。
由表4-2分析得：
Z1=Q1 Z2=Q2 Z3=Q3 Z4=Q4 所以四种码产生就是161的4个输出，无需再加逻辑门调整。
4.3彩灯花样切换电路
要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地输出Z1、Z2、Z3、Z4。使双D触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端，双D触发器能产生00、01、10、11这四钟循环的状态，从而使选择器循环的选择一种码输出，实现彩灯的四花样循环。
花样切换电路图如图4.3所示：
图 4.3 开关电路
令Q1Q2=AB，74LS153数据选择器的功能表如表4-3所示：
表4-3 数据选择器功能表
由表4-3可知，数据选择器的地址输入端A、B循环转变，输出端1Y循环选择四种码Z1、Z2、Z3、Z4输出，使彩灯的四花样自动循环改变。
为了输出花样的顺序是1 2 3 4，就需要调整163和153数据传输循序啦。
4.4 花样输出电路
输出电路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成。寄存器的数据输入端接收开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，输出四种彩灯花样。
当输入移位寄存器数据输入端的码为11110000时，清零后在移位脉冲CP的作用下，寄存器数码移动情况如表4-4所示：
表4-4 寄存器数码移动情况表
由表4-4可看出，输入码中的那位高电平“1” 从寄存器的输出端QA经八个移位脉冲CP作用后逐渐到了QH，使输出端所连接的彩灯依次点亮，实现了彩灯依次点亮的花样。当输入另外的三种码时，寄存器的数码移动原理相似，所以就不累赘了。
第五章 实验、调试及测试结果分析
5.1结果的调试及分析
1.调试使用的主要仪器: 示波器 函数信号发生器 2.测试电路的方法和技巧:
先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。
3.调试中出现的故障、原因及排除方法： （1）彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：
原因可能是双D触发器74LS74不能产生周期性的两位二进制码或是555不能产生触发双D触发器的CP脉冲，使双D触发器维持在一种状态。可换一片好的74LS74芯片或检查555CP脉冲产生电路，看是否产生周期性的CP脉冲，使双D触发器产生四种循环的状态，彩灯就能四花样变化。
（2）彩灯无规律变化：
原因可能是四种码的产生电路不能产生符合要求的四种码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与门74LS08和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。
（3）彩灯的四种花样都有，但中间有一些混乱的状态：
原因可能是数据选择器输出的两种码之间的间隔大于彩灯每一种状态持续的时间，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，故出现了混乱的状态。可改变双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。
结 论
设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练掌握。设计电路时，将总体的功能分成若干个部分来实现，是简化电路设计思路的很好方法；且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法，对电路故障的检查也是很有帮助。
通过这次设计，学到了很多东西，如查找资料，设计比较，从各种图中提取所需。焊接时学到了好多，如如何在一定大小的板子上正确摆放好芯片等，调试时也是，知道了用工具如万用表来检查、修复故障。
此外，这次课设还让我们学到很多，也吸取了很多教训。真正提高了动手能力，学会获取资料，活跃了自己的思维，巩固了所学知识。
参考文献
[1]何小艇.电子系统设计.杭州：浙江大学出版社，2001 [2]雷勇.电工电子技术实验.成都：四川大学出版社，2002 [3]王毓银.数字电路逻辑设.北京:高等教育出版社,2006
[4]《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全《TTL集成电路》.北京：国防工业出版社，1985
[5]陈先龙.电子技术基础实验.北京:国防工业出版社,2006 [6]宋万年.模拟数字电路实验.上海:复旦大学出版社,2004 [7]温飞兵.电子技术实践教程.湖南:长沙国防科技大学,2003
附录1 花样彩灯控制器原理总图
图1 花样彩灯控制器原理总图
图 2 比较方案1原理总图
图3 比较方案2原理总图
附录2 元器件清单
附录3 芯片的引脚图及其真值表
1.
2.四选一数据选择器
3.八位移位寄存器
4.四二输入与门
四花样彩灯控制器
5 .双D触发器
6.555计时器
摘 要
随着科技日新月异的发展，在现代生活中，彩灯作为一种景观，安装在建筑物的适当地方一是作为装饰增添节日气氛，二是有一种广告宣传的作用；用在舞台上增强晚会灯光效果。对动态灯光实时控制的装置很多。这些控制装置被控灯光系统按设定的变化方案进行亮、灭灯控制，形成各种灯光图案，有时还配以和谐的音乐，使光、声、色的综合艺术效果。此次，我们主要通过小型的数字集成器来设计更为实用的彩灯控制器。
本次课程设计基本要求设计一个四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现(1)彩灯一亮一灭,从左向右移动；(2)彩灯两亮两灭，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。
通过对课设的分析得知，首先要实现的是四种彩灯花样的四种码，花样的显示，以及四种花样之间与彩灯右移的频率产生等要点进行一一分析与实现，时钟信号由两个555产生，一个矩形脉冲控制模十六计数器74LS161和八位右移寄存器74LS164,另一个脉冲控制双D触发器。当彩灯完成一种花样时，双D触发器输出状态改变，数据选择器选择另一种码输出，彩灯变为下一种花样，直到完成四种花样再循环变化。
此外，本次课设对于全部的设计实现后，进行了要求提高，即每次花样完成后实现小彩灯的全灭，从而转接下一个花样。
【关键词】彩灯控制 花样转换 脉冲产生
目 录
摘要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1 前言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 第一章 设计要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4
1.1 设计课题及要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 第二章 系统组成及工作原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
2.1 系统组成框图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.2 工作原理分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 第三章 电路方案设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7
3.1 电路图设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 3.2 方案比较 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 第四章 单元电路设计与计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.1 555时钟脉冲产生电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 4.2 四种码产生电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 4.3 彩灯开关电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 4.4 花样输出电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 第五章 实验、调试及测试结果分析 „„„„„„„„„„„„„„„„15 5.1 结果的调试及分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17 附录1 花样彩灯控制器的原理总图 „„„„„„„„„„„„„„„18 附录2 元器件清单 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 附录3 芯片的引脚图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
前 言
科学技术是第一生产力。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的主义，作为一名大学生，不仅仅要将理论知识学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。电子课设是电子技术学习中非常这哦那个要的一个环节，是将理论与实践相结合的环节，是真正锻炼学生实践能力的环节。
数字电路课程设计对我们而言是一种全面的、综合地训练，它要求我们通过自己所学过的内容按要求去设计电路，并且要将所设计的电路焊接出来，这很大程度上提升了我们的问题分析能力、资料查找与整理能力和动手能力。它比平时的习题更复杂也更接近实际，在这其中很多问题都是我们在学习理论时所不曾遇见的，它使我们更好地深化理解和灵活掌握教学内容。通过这一综合训练培养了学生严肃认真的工作态度和科学作风,为今后从事电路设计和研制电子产品打下初步基础，检验学生的理论实践的能力，动手能力，分析和处理问题的能力，自学能力。通过本次课设提高了大家的动手和动脑能力，增强了大家对电子方面的学习兴趣及自学能力，本次课程设计使大家学到了很多，知道了自己在哪一方面的不足，为今后的学习提供了方向，使大家有了个质的提高。
第一章 设计要求
1.1 设计课题及要求
（一） 课设题目：四花样彩灯控制器
（二） 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) 彩灯一亮一灭,从左向右移动； (2) 彩灯两亮两灭，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。
（三） 主要参考元器：
74LS161 四位二进制计数器 1 74LS153 四选一数据选择器 1 74LS164 八位移位寄存器
1
74LS04 六非门 1 74LS74 双D触发器
1
555 计时器 2
第二章 系统组成及工作原理
2.1 系统组成框图
把四花样彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把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，它们分别是：四种码产生电路、花样选择电路、花样输出、时钟电路。设计框图如图2.1所示：
由两个555（或函数发生器）构成两个时钟电路，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花样选择电路，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。
2.2 工作原理分析
从多谐振荡器出来的方波信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器，让其产生花样所需的代码；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，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选择电路。多谐振荡器输出的计数脉冲经双D触发器两位二进制计数器，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控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01010101序列脉冲，为八分频信号，实现花样一；为“01” 时，数据选择器输出00110011序列脉冲，为八分频信号，实现花样二；为“11” 时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；为“10” 时数据选择器输出[**************]0序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。调节花样选择电路的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。
数据选择器的输出端接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。
第三章 电路方案设计
3.1 电路图设计
将各单元电路组织起来就得到了系统电路图，如附录1图1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，时钟电路由两个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。
但同时也存在一些问题，其一同时用两个555来产生脉冲信号的话，比较容易产生干扰，尤其是短周期的脉冲信号，比较容易产生乱码，导致彩灯不按照花样亮灭。于是我们放弃一个短周期555，用信号源代替。第二是脉冲不易控制，导致花样切换过程中有乱码，影响美观。
3.2 方案比较
3.2.1 比较方案1：
在原方案的基础上，用双D触发器的时钟同时作为八位移位寄存器的清零信号，可以在一种花样结束时，清空前一花样的显示，更加美观一点。但前提必须修改555产生的方波信号的占空比，不然的话，由于164的清零为异步低电平有效，将会有一半的时间清零。通过调整555，是的其产生的方波占空比为98%—99%，只切换花样的一瞬间清零。比较方案1电路图见附录1图2所示。
完成之后，效果比原方案确实好上不少。
但还是有问题，就是由于555的周期不易调整，导致一种新的花样出现时，不一定从头开始，导致开始乱码，不美观。
3.2.2 比较方案2：
方案2因为时间问题未在硬件上实现，但是我们感觉最好的。
为了彻底解决周期问题，我们在老师的帮助下讨论决定将555舍弃，另加一个161作为切换花样的脉冲发生电路。
具体方案为：利用第二个161的进位信号来控制双D触发器和164的清零以及代码产生161的清零。将代码产生的161的进位段接到控制161的cp端，可以先将控制161置为14，彩灯亮一个周期之后，代码产生161将进位给控制161，控制161自加1，变为15，再一个周期之后，控制161将产生进位，同时控制自己重新置数为14，而且将164清零，还控制双D触发器切换花样。这样就实现了一种花样结束时才清零。另一种花样出来时就是开始，没有了乱码。比较方案2电路图见附录1图3所示。
具体实现需要加非门对进位信息进行调整。
第四章 单元电路设计与计算
4.1 时钟脉冲产生电路
短时钟脉冲建议使用函数发生器或试验箱上的0.5秒脉冲
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:
T=0.7(R1+2R2)C„„„„„„„„„(4-1)
要用两个555产生两个时钟脉冲,一个控制74LS161模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动,其周期设为0.6秒左右, 电阻值和电容值可设为：
R1=1KΩ R2=50KΩ C=10μF 由公式（4-1）计算得：T=0.707S 但是不支持这个信号用555，易乱码。 电路图如图4.1所示:
L
图4.1 时钟电路
另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数器的周期倍最好,改变R1、R2的阻值即可，可设为：
R1=1KΩ ， R2=1MΩ ，C=10μF 由公式（4-1）计算得：T=14.007S
仅仅是计算值，现实不会很准确，建议用电位器调节。
4.2 四种码产生电路
根据彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即四种码产生电路要产生的码，如表4-1所示：
表4-1 四种码
要产生这四种码，可由十六进制计数器接组合逻辑门产生，十六进制计数器的真值表如表4-2所示：
当初大
表
4-2 计数器真值表
意，所有的输出加上
一个非门就更好啦。
由表4-2分析得：
Z1=Q1 Z2=Q2 Z3=Q3 Z4=Q4 所以四种码产生就是161的4个输出，无需再加逻辑门调整。
4.3彩灯花样切换电路
要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地输出Z1、Z2、Z3、Z4。使双D触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端，双D触发器能产生00、01、10、11这四钟循环的状态，从而使选择器循环的选择一种码输出，实现彩灯的四花样循环。
花样切换电路图如图4.3所示：
图 4.3 开关电路
令Q1Q2=AB，74LS153数据选择器的功能表如表4-3所示：
表4-3 数据选择器功能表
由表4-3可知，数据选择器的地址输入端A、B循环转变，输出端1Y循环选择四种码Z1、Z2、Z3、Z4输出，使彩灯的四花样自动循环改变。
为了输出花样的顺序是1 2 3 4，就需要调整163和153数据传输循序啦。
4.4 花样输出电路
输出电路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成。寄存器的数据输入端接收开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，输出四种彩灯花样。
当输入移位寄存器数据输入端的码为11110000时，清零后在移位脉冲CP的作用下，寄存器数码移动情况如表4-4所示：
表4-4 寄存器数码移动情况表
由表4-4可看出，输入码中的那位高电平“1” 从寄存器的输出端QA经八个移位脉冲CP作用后逐渐到了QH，使输出端所连接的彩灯依次点亮，实现了彩灯依次点亮的花样。当输入另外的三种码时，寄存器的数码移动原理相似，所以就不累赘了。
第五章 实验、调试及测试结果分析
5.1结果的调试及分析
1.调试使用的主要仪器: 示波器 函数信号发生器 2.测试电路的方法和技巧:
先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。
3.调试中出现的故障、原因及排除方法： （1）彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：
原因可能是双D触发器74LS74不能产生周期性的两位二进制码或是555不能产生触发双D触发器的CP脉冲，使双D触发器维持在一种状态。可换一片好的74LS74芯片或检查555CP脉冲产生电路，看是否产生周期性的CP脉冲，使双D触发器产生四种循环的状态，彩灯就能四花样变化。
（2）彩灯无规律变化：
原因可能是四种码的产生电路不能产生符合要求的四种码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与门74LS08和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。
（3）彩灯的四种花样都有，但中间有一些混乱的状态：
原因可能是数据选择器输出的两种码之间的间隔大于彩灯每一种状态持续的时间，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，故出现了混乱的状态。可改变双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。
结 论
设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练掌握。设计电路时，将总体的功能分成若干个部分来实现，是简化电路设计思路的很好方法；且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法，对电路故障的检查也是很有帮助。
通过这次设计，学到了很多东西，如查找资料，设计比较，从各种图中提取所需。焊接时学到了好多，如如何在一定大小的板子上正确摆放好芯片等，调试时也是，知道了用工具如万用表来检查、修复故障。
此外，这次课设还让我们学到很多，也吸取了很多教训。真正提高了动手能力，学会获取资料，活跃了自己的思维，巩固了所学知识。
参考文献
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[4]《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全《TTL集成电路》.北京：国防工业出版社，1985
[5]陈先龙.电子技术基础实验.北京:国防工业出版社,2006 [6]宋万年.模拟数字电路实验.上海:复旦大学出版社,2004 [7]温飞兵.电子技术实践教程.湖南:长沙国防科技大学,2003
附录1 花样彩灯控制器原理总图
图1 花样彩灯控制器原理总图
图 2 比较方案1原理总图
图3 比较方案2原理总图
附录2 元器件清单
附录3 芯片的引脚图及其真值表
1.
2.四选一数据选择器
3.八位移位寄存器
4.四二输入与门
四花样彩灯控制器
5 .双D触发器
6.555计时器