摘要2第一章系統概述4
1、設計思路及方案論證4
2、功能模組的劃分與系統原理框圖5
第二章單元電路的設計與分析6
1、脈衝發生電路6
2、計數器控制電路7
3、解碼驅動電路8
4、儲存單元模組9
5、圖案顯示模組10
第三章電路的安裝與除錯11
1、電路的安裝11
2、電路的除錯13
第四章結束語14
元器件明細表15
參考文獻16
附圖16
題目：可程式設計彩燈控制器
要求：1、設計脈衝產生電路、圖形控制電路和儲存電路；
2、用發光二極體行佇列（1×16）作為顯示電路，顯示內容的動面感要強。
3、能用按鍵切換不同的顯示組合，至少有3個按鍵切換；
4、每種組合至少有3種變化，每種組合內圖形能連續迴圈；
5、要有數碼管顯示當前是第幾種組合（或是第幾個按鍵）；
6、圖形顯示間隔（顯示頻率）至少有3種可選。
7、完成電路全部設計後，通過實驗箱驗證設計課題的正確性。
摘要：由題目要求可知，本課程設計可以這樣實現：通過對硬體程式設計，將圖形、文字、動畫儲存在eeprom中，通過計數器控制圖形、文字、動畫的位址，再利用顯示矩陣顯示出來。
系統所顯示的內容可反覆迴圈，直到手動或加壓清零，便可使得eeprom回到初始位址。
採用555定時器輸出脈衝，高頻通過計數器控制電路和解碼電路，不斷重新整理顯示矩陣的各行。而低頻產生脈衝，顯示畫面。設計乙個100進製的計數器，即可顯示100幅圖，此低頻接在eeprom的高位，而高頻計數器控制電路的輸出接在eeprom的低三位。
顯示什麼樣的圖形就決定於eeprom的程式設計，而最終顯示在顯示矩陣上。由於顯示矩陣是由64個發光二級管組成，則解碼器輸出接在顯示矩陣的陰級，eeprom接在顯示矩陣的陽極，只有同時導通時，二極體才亮。解碼電路是低點平有效，每次只有乙個輸出有效，所以需要快速進新重新整理。
此設計可以分為幾個模組：脈衝發生電路包括乙個產生高頻和乙個產生可調低頻；計數電路包括乙個需要八進位制計數電路、乙個100進製的計數電路；顯示圖案是第幾種組合的兩個八段數碼管顯示；接在顯示矩陣上的解碼器和eeprom。
此外，有兩個暫停開關，乙個控制低頻計數器低位的ep和et端，暫停某個具體畫面；乙個控制低頻計數器高位的ep和et端，暫停某組畫面，使圖案在這組內迴圈顯示。兩個清零開關，乙個控制低頻計數器的rd端，是電路恢復到最初始狀態；乙個控制低頻計數器的ld端，使其恢復到某組的第一幅畫。需要手動選畫，當低頻計數器處於置數功能時，可以通過控制開關選畫。
eeprom的工作原理
eeprom的寫入過程,是利用了隧道效應,即能量小於能量勢壘的電子能夠穿越勢壘到達另一邊。量子力學認為物理尺寸與電子自由程相當時,電子將呈現波動性,這裡就是表明物體要足夠的小。就pn結來看,當p和n的雜質濃度達到一定水平時,並且空間電荷極少時,電子就會因隧道效應嚮導帶遷移。
電子的能量處於某個級別允許級別的範圍稱為「帶」,較低的能帶稱為價帶,較高的能帶稱為導帶電子到達較高的導帶時就可以在原子間自由的運動,這種運動就是電流。 eeprom寫入過程,如圖3所示,根據隧道效應,包圍浮柵的sio2,必須極薄以降低勢壘。 源漏極接地,處於導通狀態。
在控制柵上施加高於閾值電壓的高壓,以減少電場作用,吸引電子穿越。
要達到消去電子的要求,eeprom也是通過隧道效應達成的。如圖4所示,在漏极加高壓,控制柵為0v,翻轉拉力方向,將電子從浮柵中拉出。這個動作,如果控制不好,會出現過消去的結果。
根據彩燈控制器的設計要求，得出以下設計方案：要使8×8發光二極體陣列能夠顯示出任意圖案，必須使控制器能控制陣列中每乙個二極體的狀態（亮或不亮），因此要設計兩塊晶元分別對8×8發光二極體點陣進行列控制和行控制。在本次設計中，我們分別選擇3線-8線解碼器和可程式設計唯讀儲存器eeprom作為點陣的陰極輸入和陽極輸入。
由於3線-8線解碼器每對應乙個cp脈衝輸出端只有乙個為低電平，於是將74ls138的輸出端分別對應地接在點陣的陰極對其進行列控制，當陰極接低電平時發光二極體處於工作狀態。該部分電路接的是高頻率cp脈衝，乙個cp脈衝掃瞄一列，由於掃瞄速度很快，可以利用人的視覺暫留形成一幅圖案。
同時，在發光二極體點陣的陽極接入eeprom對其進行行控制，通過對eeprom程式設計來構造不同圖案。分析可得，本系統由時序組合邏輯電路組成，對於行控制與列控制的晶元，我們選擇計數器對其時序狀態進行控制。在行控制電路中，我們採用低頻cp脈衝。
該時間可在一定範圍內進行調節。cp脈衝均由555定時器構成的多諧振盪器提供。
通過分析，我們將系統分為七個功能模組：行控制脈衝發生電路（高頻）、計數器控制電路、解碼驅動電路、列控制脈衝發生電路（低頻）、計數控制電路、儲存單元、圖案顯示。計數器的脈衝訊號由脈衝發生電路輸入，行控制計數器電路的輸出低位接入儲存單元的低位來控制一幅圖案的顯示。
解碼驅動電路和儲存單元分別對圖案進行行控制和列控制，主要通過對儲存單元程式設計來實現圖案的變化。
系統原理框圖如下所示：
圖1該設計電路原理簡單，結構清晰，利用計數器的置數端和清零端可以比較方便地實現電自動復位和手動復位功能，電路所用的整合晶元均很常見，製造方便；同時，只要改變計數器的進製數就可以改變最大可顯示圖案的幅數，使得電路靈活，因此該電路可行性高。
由555定時器的功能可知所需的cp脈衝可由晶元555接成的多諧振盪器直接得到，555構成的多諧振盪器的工作原理即為電容充放電過程中，當下降到略低於時定時器的輸出電壓跳變為高電平，電容開始充電，電壓達到時輸出電壓跳變為低電平，反覆上述過程輸出矩形波。
電路中兩個脈衝發生電路的接法大致相同，通過rc的不同取值來得到不同頻率的脈衝波形。對於高頻脈衝要求20ms內掃瞄完八列二極體，所以設定其頻率為0.5khz，根據多諧振盪器週期的計算公式：
，並且選取c為0.01f，r1為100k，可得r2阻值為100k，在實際電路中r2用變阻器調節實現，但一旦調定後便不再改變。對於低頻脈衝，要求週期在20ms~2s之間內連續可調，則同樣根據多諧振盪器週期公式，取c為10，r1為3k，r2由1m的可變電阻進行調節，實現週期長短的變化。
其接線圖如圖2所示：
圖2在本次設計電路中，有兩個計數器控制電路，分別在行控制電路和列控制電路中。因為在列控制模組中計數器的作用是控制3線-8線解碼器輸出狀態的變化，74ls138只有3個輸入端，因此只需要一片四位二進位制計數器，將其三個低位輸出端接入解碼器中。根據設計要求並考慮到實用性，選擇74ls161作為理想的計數器。
其接線圖如圖3所示：
圖3而在行控制電路中，計數器的作用是控制eeprom的輸入端，從而控制輸出圖案的數目，為了增大變化圖案的幅數，且考慮到八段數碼管只能顯示0-9十個數，該電路設計為兩個十進位制計數器，可實現100幅圖案的顯示，鑑於簡化電路，方便接線，可由兩片74ls160通過擴充套件端實現。其接線圖如圖4所示：
圖4解碼驅動電路的作用是控制發光二極體陣列的八個陰極管腳，控制發光二極體的工作狀態。由設計思路可知圖案的顯示是一列一列順序掃瞄顯示，即每次只有乙個管腳輸入為低電平，所以根據要求這個電路可由3線-8線解碼器實現，其輸入端由計數器控制，輸出端~分別對應接到二極體陣列的1~8列陰極管腳。
其接線如圖5所示：
圖5 儲存單元模組的作用是通過變換發光二極體陣列的八個陽極管腳的高低電平來控制二極體的工作狀態。根據設計思路對儲存器的輸出進行程式設計來構造不同的圖案。可程式設計儲存器eeprom具有讀寫方便的優點，並且使用靈活，因此採用eeprom作為儲存器是個不錯的選擇。
程式設計方法如下：
「 1」表示二極體亮，「0」表示二極體滅。舉個例子，如果要顯示「中」字，則進行如下程式設計：
輸出（二進位制輸出（十六進製制）
00000000 00h
00111000 38h
0010100048h
11111111ffh
0010100048h
0011100038h
0000000000h
0000000000h
在對儲存器進行程式設計時，只要在計算機的編輯介面上輸入十六進製制數即可是實現。在本次設計中，我們共設計了100種圖案，其中有漢字（兩組，20副），英文本母（10幅），數字（10幅），矩形漸變（10副），人在走動（10幅），三角形變換（10副），一箭穿心變化（10副），箭頭運動（10副），麻將牌移動（10副）圖案可迴圈變換，或者分組變換，視覺效果不錯。
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