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1、 目 录一、 概 述 二、方案设计与论证1环形. 2扭环形三、单元电路设计与分析 1脉冲产生电路的设计. 2分频电路的设计3状态变换产生电路的设计4初状态置入控制电路的设计5清零电路的设计6环扭计数控制电路和速度变换电路的设计7状态变换产生电路的设计.8驱动与显示电路的设计四、总原理图及元器件清单1总原理图. 2元器件清单.五、结论六、心得体会七、参考文献 一、概述 通过555产生8Hz的脉冲。再用74LS161对其进行分频，从而产生4Hz和0.5Hz脉冲。以0.5Hz脉冲为主时钟，控制三种花型之间的切换。4Hz和8Hz为控制每种花型的灯的闪动速度。把74LS161改成只从“1101”计数到“
2、1111”计数器，用来产生花型初状态。74LS123在主时钟控制下产生短暂负脉冲，用来将产生的初状态置入状态变换产生电路。在以主时钟为控制时钟的两位三进制计数器的输出数值控制下，四选一选择器选出频率和移位方式（环形或扭环形），74LS195输出端输出对应花型电位，经驱动电路后反应在LED上。二、方案设计与论证彩灯控制器 是通过控制一定数量的灯，使其有规律亮暗而产生视觉美感的装置。它通常是用移位法产生规律图案的。这次课设中应用了环形和扭环形两种计数循环方式。1环形环形即各位向同一方向移位后，被空出的一端的形式要与被挤占的一端被挤占前的状态一致。如：第一种图案变换：彩灯左右摆动 第二种图案变换：暗
3、带移动 通过74LS195的移位方式完成，当其处于移位状态时，低三位移向高三位，最低位与J、K端保持一致。当把最高位直接接在J、K端时即为环形移动。通过各部件配合，整体配合，出现自动切换的图像，如图1所示。2 扭环形环形即各位向同一方向移位后，被空出的一端的形式要与被挤占的一端被挤占前的状态相反。如：第三种图案变换：彩带一条一条亮，然后再一条一条熄灭 通过74LS195的移位方式完成，当其处于移位状态时，低三位移向高三位，最低位与J、K端保持一致。当把最高位的反直接接在J、K端时即为环形移动。通过脉冲产生电路、分频电路、初状态产生电路、驱动与显示电路等各部件配合，整体配合，出现自动切换的图像，
4、如图1所示。图1 彩灯控制器的原理框图三、单元电路设计与分析1脉冲产生电路的设计脉冲产生电路（如图2所示）是用555定时器为主组成的多谐震荡器，由公式f= 1.43/( R1+R2) / C算出可以使f=8Hz的各元件参数。555定时器只要外接很少的阻容元件就可以很方便的构成单稳态触发器、多稳态触发器和施密特触发器等都肿应用电路。555定时器产生的脉冲并不精确，但是彩灯对其精确度并无太多要求，所以可以用此方案。图2 脉冲产生电路2分频电路的设计分频电路是用74LS161来计数分频。以由脉冲产生电路产生的的8Hz脉冲为时钟，则从Q0和RCO输出的脉冲分别为4Hz和0.5Hz。特别需要注意的是所需
5、要的主时钟，即分频出现的0.5Hz的脉冲需要用与非门求反。经试验发现，如不反向置零时间会明显增长，并且第一个花型（左右摆动）的出状态会无法置入，保持一段时间的全暗后会直接进入第二种花型。经过反复实验和结果分析，我证实了，这是由于产生的主时钟波形并非一个高低电位保持时间相等的均匀矩形波，因为它是74LS161输出的进位端产生的，进位只是极短暂的时间状态。我们的大多数部件需要在上升沿和高电位工作，如果不求反，则主时钟大多时间在低电位工作，上升沿和高电位极短暂，手动清零时则会轻易的使有些部件错过工作机会，造成不同步。相反我们通过与非门会是电路优化，减少错误发生。电路连接如图2所示。图3 分频电路 初
6、状态产生电路的设计 初状态产生电路是把十六进制计数器74LS161改成只从“1101”计数到“1111”计数器，从而来用来产生花型初状态，如图4所示。 值得注意的是“1101”“1110”“1111”几个产生状态并非完全是几种花型的初状态。“彩灯左右摆动”的初状态为“1010”。经过观察发现，“1010”“1101”“1111”三种状态的共同特点是次高位与最低位都一致。所以在初状态产生电路输出端与状态变换产生电路的输入端连接并非一一对应，如图5所示。图4 初状态产生电路图5 部分电路连接图4.初状态置入控制电路的设计初状态置入控制电路初状态（如图6所示）即用74LS123及一些外接的阻容元件构
7、成的单稳态触发电路。置入控制电路由主时钟控制，在上升沿到来时产生短暂负脉冲，作为与初态同步产生的置数脉冲。脉冲长度为t=0.7RC。需要注意的是脉冲宽度要适中，太宽则初态停留时间过长，太窄则会因为置数脉冲期间没有位移脉冲而无法置数，从而导致3种图案无法正常显示。另外，此功能还可以用555定时器完成。图6初状态置入控制和清零电路5.清零电路的设计 清零电路即将初状态置入控制电路，初状态产生电路和扭环控制和速度切换电路的清零端连接，一端接高电位，一端接地，并的接地端加上按钮的装置，如图6所示。要注意的是在Vcc端应加上一个稍大的电阻，否则清零按钮摁下时电位会不高不低，难以识别。另外值得注意的一点是
8、，有些部件清零或置数需要在时钟的上升沿完成，所以，清零按钮需要摁较长时间（最长2s），等待主时钟上升沿到来。可以观察初状态产生电路的输出端，当输出值为“1101”时即可放开清零开关，停止清零。6环扭计数控制电路和速度变换电路的设计环扭计数控制电路和速度变换电路是由两的D触发器组成的两位三进制计数器和一个双四选一选择器共同构成的。在以主时钟为控制时钟的两位三进制计数器的输出数值控制下，四选一选择器选出频率和移位方式（环形或扭环形）。连接方式如图7所示。本部分可以优化，去掉两位三进制计数器，用其它部件输出值代替它的选择功能，具体方法见后文的总结部分。图7环扭计数控制电路和速度变换电路7.状态变换产
9、生电路的设计状态变换产生电路即四位通用移位寄存器74LS195。它有清零、置数、保持和移位四种功能。本次最主要用的是置数和移位。“移位/置数”端在低电位下置数，高电位下移位。在初状态置入控制电路产生的负脉冲控制作用下按一定路径置入初状态产生电路送入的状态，并在选择器选择的频率和环扭形式下产生有规律的电位变化。连接方式如图8所示。图8状态变换产生电路8驱动与显示电路的设计 把从74LS195的每个输出端通过7408型号的与门自身相与，作为驱动。如果没有它，灯的亮度将减小。 同一排灯应并联，否则所有灯都将无法变亮。 连接方式如图9所示。图9驱动与显示电路四、总原理图及元器件清单 1. 总原理图图1
10、0总原理图2元器件清单元件序号型号主要参数数量备注U1:A,U1:B74LS1612U2:AU2:D74LS004U374LS1951U4:AU4:D74LS004U574LS1531U6:A,U6:B74LS742U7:AU7:D74084R1R4SET1.5K,10K,50K,43K4C1,C2,C3AUDIO0.01F, 5F，100F3D1D16LED-RED16五、结论本课设作品仿真成功，验证了电路图设计的正确性，达到了预期的效果。在此对本次课设进行总结。第一， 准备过程。在得到课设题目后，我们经过对课设题目的分析，功能的理解，从实验课本中对各元件功能的查阅，和对类似题目作品的参考，
11、完成设计总图。第二， 实践过程。我们依照初步设计总图，在软件中进行了模拟，发现了其中的多处问题，我们讨论了解决和改进的方案后，完成了现今本报告所介绍的作品。首先，在实验过程中，我们发现了，相同型号的元件，在课本上与模拟软件中的接头数量、名称、高低点平有效性均可能不同（如本实验中的74LS123，74LS195），甚至有些元件在软件中无法找到（如起初决定用于脉冲产生部分的CD4060）。我们自行设计了一些小实验，测试并学习软件元器件的功能和使用方法。再将其应用于课设作品中，避免了很多错误。没有的原设计元件的，我们采用其他方式，应用可以找到的器件从新设计，替换。其次，我们发现了其中一些脉冲频率不合
12、理，通过查阅公式，我们计算出合理阻值和容抗，利用555元件自制了脉冲产生器，产生8Hz的脉冲。并且利用74LS161制成分频器，分出4Hz和0.5Hz的脉冲。再次，我们发现了其中灯光亮度不够的问题，我们又增加了驱动器部分，即7408型号与门。最后，我们解决了有时运行程序无法模拟执行的问题。我们发现这是由于子电路合并成总电路时用了复制功能，而使一些元件参考（R）值相同，而无法执行。总而言之，这让我们了解到“细节定成败”和“实践出真知”的道理。这次课设交会我踏踏实实，认认真真的治学道理。我们华航的大学生更要遵从“求真，务实，精益求精”校训。第三， 完成后的反思。完成本作品后，我们对于它有想到一些改
13、进提高的方案。比如，三种状态的初状态（Q1、Q2、Q1、Q0）分别为“1010”“1110”“1111”由于最低位（Q0）和次高位（Q2）的组合分别为“00”“10”“11”，各不相同，所以可以直接用出状态产生电路的74LS161的Q0和Q2端接四选一选择器74LS153的A和B端，同时改变选择器输入端的接入顺序，接可以完成扭环控制和速度切换功能，从而可以删除由两个D触发器组成的二位三进制计数器。又如，创新方面我还想到一些设计，由于时间问题、题目要求问题没有加入本次可课设中，但希望以后业余时间可以完善它。我的设计需要把灯的数目扩充一半。从而扩展的花型的种类。我想通过两个移位器分别控制左右4排和
14、右4排灯，分别设为左移和右移，这样图案就可以都对称出现。另外，可以增加新花型。创新实现的具体过程中可能会出现一定问题。如花型的增多会使两位三进制的速度变化产生电路产生的状态不够用。应用74LS160替换。新初状态可能与其它初状态在计数顺序不连续，需要改变初态产生电路输出端与状态变换产生电路的输入端的连接方法。所以需要增加选择器（如74LS157）来在不同花型置数时为状态变换产生电路的输入端（74LS195的D0、D1、D2、D3端）选择不同初态产生电路输出端（74LS161的Q0、Q1、Q2、Q3端）。六、心得体会通过本次课程设过程中，我有很多心得体会。第一， 学习要知其然，更要知其所以然。通
15、过实验，我们发现了很多实验现象不同于设计时料想的。通过在软件中尝试性修改，我们终于得到了正确的设计方法。但是，我们不仅满足于做出可以正常工作的电路。我们分析电路，自行设计小试验验证部件功能。最后，我们充分理解了它，可以从原理上解释各种现象。在更充分的理解电路后，我们可以不再只通过不断试验改进设计方案，而是从理论分析后，从根本上直接解决问题，设计出各种优化设计。完成这个作品不是真正的目的，真正的目的是巩固知识，并培养学以致用的能力，体会做人做事的道理。第二， 细节定成败。我组在课设过程中，有时运行程序无法模拟执行，但找不到电路连接错误之处。在其他同学的提示下才发现是由于子电路合并成总电路时用了复
16、制功能，而使一些元件参考（R）值相同，而无法执行。困扰我们最深的往往不是具体知识上的掌握问题，而是我们最容易忽略的其他细节。第三，实践出真知我们信心满满的设计总图初稿在实验之后，被证明是，不仅缺乏优化，而且错误多多的。“纸上得来终觉浅，得知此事要躬行”。我们经过实践中磨练改进，最终才做出今天的作品。实践出真知，我们要在学习理论后，在实践中应用，以理论指导实践，从实践中升华出理论。第四，要拥有感恩的心，懂得合作。我在此要感谢与我同组的同学，以及其他帮助我们的同学，是我们的合作，让课设得以完成。我们都认识到了团队合作的含义。更要感谢为我们认真验收，细心指导的老师。总而言之，本次课程设计不止让我在知识掌握和应用水平上有了显著提高，而且让我明白了很多课本之外的做人做事的道理。七、参考文献 1 崔瑞雪.电子技术动手实践.北京航空航天大学出版社. 2007.62 路勇. 电子电路实验及仿真. 清华大学出版社. 2007.9：12-193李国洪.电子技术基础.华航出版. 2007，（9）：12-1513