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节日彩灯控制器

设计内容：

1自动控制8路彩灯按预设的花型进行变换；

2花型种类不少于三种，花型自拟；

3分别用快慢两种节拍实现花型变换。

如果演示过程中需要转换花型，则只有当一种花型演示完毕后才能转向其他演示花型。

设计思想

使用LED作为彩灯，使彩灯控制器能操纵8路彩灯显示3种花型，如下图，黑色表示发光

二极管点亮。

第一种花型：

第二种花型：

第三种花型：

电路设计分析

我们把彩灯控制器分为3部分：花型节拍产生模块，花型控制模块和花型显示模块，系统框

图如下：

花型节拍产生模块负责产生快慢两种频率的连续脉冲。

花型控制模块负责控制几种花型之间的切换以及快慢切换。

花型显示模块按照设计的花型，控制发光二极管显示花型效果。

电路设计及其原理

1花型节拍产生模块

花型节拍产生模块产生两种频率的连续脉冲信号，通过D触发器的分频第一种是周期为1

秒的快节拍连续脉冲信号，第二种是周期为2秒的慢节拍连续脉冲信号，其电路如下：

其中频率为1HZ，周期为1秒的连线脉冲CPH经过D触发器2分频电路，被转换成频率为

0.5HZ周期为2秒的连续脉冲信号CPL。这两种信号分别作为花型的快节拍脉冲信号和慢节

拍信号提供给花型控制模块。

2花型控制模块

花型控制模块由花型切换单元和节拍切换单元两部分组成，由花型图可以看出，第一种

花型有16个节拍，第二种花型有8个节拍，第三种花型有8个节拍，共32个节拍。为完成

切换，我们需要对32个节拍计数，并在第1个节拍，第17个节拍和第25个节拍分别切换

到第一种花型，第二种花型和第三种花型。这里我们选用两片74LS161来实现，电路如下

图:

各种花型的计数节拍表:

有表可以看出，在第一种花型下F1F2F3=000，001，010和011；在第二花型下，F1F2F3=100

和101；在第三种花型下，F1F2F3=110和111。因此可以用输出信号作为花型选择信号，送

完花型显示模块。

节拍切换单元的快慢节拍的切换应当发生在计数状态达到11111时。在需要进行节拍切

换时，电路内部会自动产生一个节拍切换信号，利用这个切换信号，节拍切换单元电路可以

将一种频率的节拍信号转换为另一种频率的节拍信号。其电路图如下：

其中，F1是高位次计数器的QA，RCO是地位次计数器芯片的进位输出，P就是节拍切

换信号，P的输出状态为，32个快节拍花型显示P=0,32个慢节拍花型显示下=1，有其时钟

信号CLK有下式决定：

CLK=非P*CPH+P*CPL

节拍切换电路图如下所示：

3花型显示模块

花型显示模块的输出是8位高低电平信号，分别控制8个发光二极管点亮或熄灭，根据所选

花型，可以看出这些花型都具有明显的移存效果，因而应选择移位寄存器作为花型显示模块

的显示单元。74LS194双向同步移位寄存器功能表：

又有两片74LS194的输入信号与花型切换信号F1F2F3的关系如表所示，表中省略了不关

心的输入信号：

由表所示，左边和右边移位寄存器的输入与花型切换信号之间的逻辑关系可以用下列表达式

表示

左边移位寄存器：

CR非=1

M1=F1+F2

M0=非(F1+F2)

DSL=F3

DSR=1

右边移位寄存器：

CR非=1

M1=F1⊕F2

M0=M1非

DSL=F1F3

DSR=F1⊕F3

有花型显示模块的电路图如下：