设计一个彩灯循环控制器

一、设计的内容
设计一个彩灯循环控制器

二、课程设计的要求与数据
设计要求包括：
1.10路彩灯分别用10个发光二极管L0、L1……L9模拟，发光二极管L0、L1……L9从左到右排列。
2.要求显示四种不同的花型：1）10路彩灯按照L0、L1……L9的顺序轮流点亮。
2） 10路彩灯按照先偶数次灯、后奇数次灯的顺序轮流点亮。
3） 10路彩灯按照L0L1亮、L1 L2亮、L2L3亮、…L8L9的顺序轮流点亮。
4） 10路彩灯按照L0L9、L1L8、L2L7、L3L6、L4L5的顺序依次点亮，然后按相反的顺序依次灭掉。
以上四种花型一直反复循环显示。
3. 该控制电路设有启动和复位按钮。按下复位按钮，全部灯灭。按下启动按钮，彩灯开始按上述规律变化。

1 摘 要
本次课程设计用74192N计数器，7442N器，74153N多路选择器类实现彩灯循环的控制。彩灯循环的实质是由计数器产生一系列计数，经过译码器，多路选择器后变成一系列有规则的序列，最后由指示灯和数码管分别显示出来。其中有规则的序列包括自然数列，奇数数列，偶数数列还有另外两个移动循环序列。

关键字：计数器，译码器，多路选择器，数码管

2 总体设计方案
由题目要求可以知道，这个彩灯循环的设计是复杂的，应该选用多功能的中规模集成电路去完成设计。分析了电路的原理.拟定了以下的电路方案实现循环的功能。
本电路由控制信号产生单元电路，译码单元电路，选择电路，显示电路等电路组成，电路的结构框图如图下所示。控制信号产生单元电路部分产生计数信号，译码电路用来对产生的计数信号译码，来选择单元电路用来对编码后的信号进行选择，显示电路用来显示彩灯的循环花型。

3 模块及其原理介绍
3.1 设计原理
10路彩灯按照1）L0、L1……L9的顺序轮流点亮 2）先偶数次灯、后奇数次灯的顺序轮流点亮 3）L0L1亮、L1 L2亮、L2L3亮、…L8L9的顺序轮流点亮 4）L0L9、L1L8、L2L7、L3L6、L4L5的顺序依次点亮，然后按相反的顺序依次灭掉.这四种花型都是按照规律的数数，并且每个花型都延续10秒，而四种花型延续40秒，所以10秒是个小周期，40秒是一个大周期，所以用两个计时器去控制信号，一个是模10计时器，一个是模4计时器，由于74192N是一个4位的10进制加/减计数器，异步清零，所以我们直接运用两片74192N芯片，如下图所示。下面的那个芯片是模10计数器，其进位脉冲连接到上面的74192N的输入端，所以上面的一个脉冲为10秒。然后上面的芯片输出出现0100时应该将其置零.因为要求有要给复位按钮，
下图，当J1打开时，即为复位设置。

3.2 译码单元电路
3.2.1 自然序列显示电路
由于该设计的计数器本身就是十进制计数器，所以直接输入自然序列。这个序列如下图所示

但是为了实现四种花型的顺序输出，该自然序列显示电路还要经过7442N译码器和74153N多路选择器。7442N译码器的作用在于将4位BCD码的10组代码翻译成10个与十进制数字符号对应的输出信号。图中输入端ABCD为8421码，输出端00-09分别代表十进制数字0-9。74153N是个双四路选择器，其功能是选择输出四个编码单元电路的值。本电路用了5个74153N来选择输出四个花型。74153N的器件上用1CO,2CO等来连接对应的输出端。当74153器件的A和B为00时，顺序输出序列的值。

3.2.2 奇数序列和偶数序列
本次设计所使用的计数器单元本身就是一个十进制计数器，因此可以用错位的方法来实现奇数序列和偶数序列的输出，所使用的元件仍然是744N译码器和74153N多路选择器。7442N译码器所使用方法跟自然序列所使用的方法一样，只是74153N选择器的接法不同。这个序列的状态如下图。

本设计中用了5个74153N选择器来实现10个状态的输出。其中从上到下分别代表10状态输出组。如下图所示。为了实现技术序列和偶数序列的输出，就让7442N的第一输出量00连接到第一个74153N的1C1, 7442N的第二输出量01连接到第二个74153N的1C1，7442N的第三输出量02连接到第三个74153N的1C1，7442N的第四输出量03连接到第四个74153N的1C1，7442N的第五输出量04连接到第五个74153N的1C1，7442N的第六输出量05连接到第一个74153N的2C1，7442N的第七输出量06连接到第二个74153N的2C1，7442N的第八输出量07连接到第三个74153N的2C1，7442N的第九输出量08连接到第四个74153N的2C1，7442N的第十输出量09连接到第五个74153N的2C1，这样经过74153N后是输出的序列式是0，2，4，6，8，1，3，5，7，9

3.2.3 花型3单元电路
本次设计所使用的计数器是十进制计数器，为了按照顺序01，12，23，34，45，56，67，89，90，01的输出，可以相关联法的方法，使某一个变量关联下一个变量，从而达到两个变量的同时输出。这里使用10个与门。这个状态如下图所示：

10个与门连接方法如下所示：

3.2.4 花型4设计
本次设计使用的计数器是十进制计数器，为了实现09，18，27，36，45顺序依次点亮，再反向依次灭掉的序列，要使用与门来实现。这个序列的状态如下：

由表中可以看出0000和1000，0001和0111，0010和0110，0011和0101的输出是一样的，因此可以关联在一起，使用与门。如下图所示。图中00和08用一个与门连在一起，01和07.02和06，03和05都分别用一个与门连在一起。为了实现一次输入后，下一次输出时上一次的灯还亮，必须用与门把本次的输出连接到上一次的输出。

3.3指示灯显示电路
这个指示灯显示电路就由10个输出管分别对应于5个74153N的10个输出变量。如下图所示。

4 实验结果与数据分析
实验结果
10路彩灯能在编号依次所要求的四种花型下点亮，10个数码依次显示相应的数字，且不断循环，每个数字显示时间相等，并且该控制电路有启动，复位按钮。按下复位按钮，自动清零。按下启动按钮，彩灯按上述规律变化。

5 结论与问题讨论
在设计电路遇到了很多问题，例如：怎样能使10路彩灯能够自动循环点亮，怎样使彩灯显示奇数偶数数字，怎样切换到花型，怎样把模块电路连接起来等等问题。

最后的最后，题主开通了公众号：有理唔理，喜欢的话可以关注一下，一起探讨技术与生活。