多彩循环彩灯控制器设计

武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书

1 设计意义及要求

1.1 设计意义

（1） 通过此次课程设计，加深同学们对理论知识的理解，培养同学们的动手动脑能力以及解决实际问题的能力。

（2） 培养同学们之间相互学习、相互交流合作共同解决问题的能力。 （3） 培养同学们对电子设计的兴趣，查阅相关资料解决疑难的能力。

（4） 同学们自学protues仿真软件画电路图并进行仿真操作，培养学生的自学能力。 （5） 增强同学们的创新能力，鼓励同学们设计出属于自己的方案。

1.2 设计要求

现有8只彩灯，试设计一控制器，要求彩灯能实现如下追逐图案：

（1） 使8只彩灯从右到左逐一循环点亮。 （2） 使8只彩灯按照 1110 1110左移循环点亮。 （3） 使8只彩灯交替闪烁。

（4） 接着重复以上的动作，这样一直循环下去。时间间隔为0.5秒。 （5） 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。

2 方案设计

2.1 设计思路

2.1.1 设计方案一

设计要求彩灯完成三个可以循环的功能，于是就把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。由555多谐振荡器产生脉冲，再用74LS161进行分频，为电路提供脉冲信号。彩灯花样控制电路由74LS198和门电路构成。循环选择控制电路由74LS161和门电路组成。

多谐振荡器 多谐振荡器 分频计数器 计数器 门电路选择器 移位寄存器 输出 图2.1 多彩循环彩灯控制器设计方案一系统框图

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具体设计步骤：先将每个设计的功能要求的单独电路画出来，通过74LS198双向移位寄存器来实现对彩灯的直接控制。在完成单个功能要求之后，通过计数器74LS161配合相应的门从而选择哪一个门电路结构工作，把预先存在相应门电路结构输入端的数据送到移位寄存器74LS198的数据输入端，并对其进行置数。给移位寄存器加上相应的反馈，配合脉冲工作，当移位寄存器输出一种彩灯花样结束后，就重新置一次数，切换一种工作状态，从而实现在三种彩灯花样之间的循环。

2.1.2 设计方案二（小组方案）

此方案运用AT89S52单片机，通过IO口直接驱动LED灯。通过编写相应的程序从而实现在三种工作状态之间的切换。 设计框图如图2.2所示：

AT89S52单片机 LED灯显示电路

图2.2 多彩循环彩灯控制器设计方案二系统框图

2.2 方案设计

2.2.1 设计方案一电路图

多彩循环彩灯控制器设计方案一电路原理图如图2.3所示： 工作原理：

一、 接通电源，555多谐振荡器产生周期为0.5秒的脉冲信号，将脉冲信号分别送

给计数器74LS161（1）和移位寄存器74LS198。计数器74LS161（1）按照反馈置数法连接成8进制计数器从而实现对脉冲信号周期的扩展，即将原脉冲进行8分频，得到周期为4秒的脉冲信号。用周期为4秒的脉冲信号触发下一个计数器74LS161（2），把74LS161（2）连接成3进制计数器，Q1Q0就有三种循环状态00，01，10，00……

二、 将8个二输入与门7408作为一组，每个与门的选出一个输入端口连接在一起，

接控制信号，一共放置3组，组成3个与门结构。每组的二输入与门的另一个输入端分别接上移位寄存器74LS198所需要的预置数，3组分别为00000001,111011

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10，10101010。三组中相应的每三个输出通过三输入或门4075接到移位寄存器74LS198的数据输入端。

三、 74LS161（2）的数据输出端Q1Q0有三种循环状态00，01，10。Q1Q0输出通过一个二输入或非门7402接到第一组与门结构的控制信号输入端；Q0通过反相器4069取反与Q1接到第二组门结构的控制信号输入端；Q1通过反相器4069取反与Q0接到第三组门结构的控制信号输入端。这样当计数器74LS161（2）的输出Q1Q0在00，01,10间循环变化时。三组门结构分别循环被选通，预先存在输入端的预置数被送到移位寄存器的数据输入端。每组门结构工作的周期为4秒，恰好为彩灯一种工作状态的时间。

四、 给移位寄存器74LS198加上四个反馈，当输出分别为00000000,10000000， 01110111,01010101时使移位寄存器预置数。开始工作时，对移位寄存器进行清零。当地一个0.5秒的脉冲到来时，第一组门结构被选通数据00000001到达移位寄存器数据输入端，并保持八个周期4秒，与此同时，移位寄存器预置数使输出为00000001。而后进入左移工作状态，依次显示00000010,0000010

0,00001000,00010000,00100000,01000000,10000000，此即为第一种彩灯工作状态。当显示为10000000时，下一个脉冲到来时，移位寄存器重新进行预置数， 而此时存在移位寄存器数据端的数据为11101110，并保持八个周期4秒。置数后寄存器再次进入左移工作状态，依次显示11011101，10111011,01110111，当2秒后输出变为01110111时，再次置数11101110，再工作2秒又变为01110111，重新置数，此时输入端数据正好改变为第二组门电路传输过来的数据10101010。这时，第二种彩灯工作状态，开始彩灯的第三种工作状态。寄存器再次执行左移，输出变为01010101，重新置数10101010，再左移01010101，又置数为10101010，再左移为01010101，再置数为10101010，再左移为01010101。然后寄存器又该进行置数，此时第三组门结构关闭，第一组被选通，置数为00000001。就这样实现了三种彩灯工作状态之间的循环，每种工作状态时间为4秒，每个彩灯一次亮或灭的时间为0.5秒。

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图2.3 多彩循环彩灯控制器设计方案一电路原理图

2.2.2 设计方案二电路图

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多彩循环彩灯控制器设计方案二电路原理图如图2.4所示：

工作原理：先用keil软件将C代码生成HEX文，件，将HEX文件下载到单片机AT89S 52里面运行，就会出现彩灯的三种工作花样变化。单片机电路中晶振用来产生脉冲，开关用来复位，单片机工作时应先进行复位操作。

图2.4 多彩循环彩灯控制器设计方案二电路原理图

2.2 方案比较

方案一电路连接比较复杂，连线很多，需要的元器件很多，连接实物时由于导线和元件较多，某一个出现错误就可能导致得不到正确的结果，所以实物较难实现，连接时一定要细心、认真，要有一定的排除故障的能力。不过这种方案模块比较清晰，仿真调试比较容易找出问题所在，易于理解。这种方案也能锻炼自己的画图能力，以及对芯片的功能的理解能力。

方案二由于单片机具有以下优点 （1） 、具有优异的性价比

（2） 、集成度高、体积小、可靠性高 （3） 、控制功能强 （4） 、低电压、低功耗

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