四路彩灯控制器设计方案

1 前言

1.1序言

随着经济的发展，城市之间的灯光系统花样越来越多，用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，可用于节日庆典，医院病房等多处地方，同用单片机控制相比，它具有准确，不易受外界干扰出错，因而得到了广泛的应用。小到人们日常生活中的电子贺卡，大到宾馆、医院等公共场所的大型数显电子钟。用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，要求如下：开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示程序由三个节拍组成：第一节拍时，四路输出Q1～Q4依次为1，使第一彩灯先点亮接着第二第三，第四路彩灯点亮。第二节拍时，Q4～Q1依次为0，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。第三节拍时，Q1～Q4输出同时为1态0.5秒，然后同时为0态0.5秒，使四路彩灯同时点亮然后同时灭0.5秒，共进行4次。每个节拍费时都为4秒，执行一次程序共需12秒用发光二极管显示彩灯系统的各节拍SmartDraw 7

绘制原理电路：Protel、Altium、Multisim、Tina、Proteus等

仿真分析：Altium、Multisim、Tina、Proteus等

PCB：Protel、Altium、Multisim、Tina、Proteus等

设计所需软件用以上任意即可完成需求。

2 总体方案设计

通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。

图2.1 四路彩灯控制流程框图

2.1方案比较

2.1.1方案1

采用单片机控制电路为主实现四路彩灯显示。 运用C语言编程，然后编译，通过单片机内部实现四路彩灯的显示，编译成功后通过下载机下载至芯片，然后连接即可实现预先功能。

图2.2 方案一的原理框图

2.1.2方案2

采用芯片组合实现四路彩灯显示系统。 要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。

图2.3 方案二的原理框图

2.2方案论证

方案一

优点连接线路较少，缺点编程较为麻烦，容易出错，不利于理解底层电路的连接实现。同时用单片机控制不宜体现数电运用实践的能力优点不用编程，不编译只要正确连接就能正常工作缺点必须掌握所有芯片的引脚功能及作用，连线较为复杂

图3.2 74ls163构成模12计数器

3.1.3通用移位寄存器74LS194控制四个彩灯

通用移位寄存器74LS194控制四个彩灯连接原理图如下：

图3.3 74ls194构成显示控制电路

3.2元器件的选择和参数计算

下面就相关电路中的参数计算以及元器件的选择进行说明。

3.2.1秒脉冲电路

方案：石英晶体振荡器；此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，但由于尽量和课堂知识联系起来，所以没有采用此电路。方案：由555定时器构成的多谐振荡器；由555定时器构成的多谐振荡器555定时器的管脚图如图3.所示。由于555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。因此采用此方案。h＋TPl=0.7×(R1+R2+R3)×C＋0.7×(R1+0.79×R2)SR=1逐次移进；在第二节拍中，S1S0=10，74194实现左移功能，即在时钟脉冲作用下，把DSR=0逐次反方向移进。

3.3特殊器件的介绍

本系统中全部使用了如下功能器件： 74LS163 1个， 74LS194 1个， 74LS32 2个， 74LS04 1个， 74LS00 1个， 74LS08 1个，NE555 1个，导线若干。下面就这些器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。

555定时器

555定时器电路是一种中规模集成定时器，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.