四路彩灯显示电路_数字逻辑_课程设计.pdf

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1、数字电路逻辑设计课程设计设计题目：四路彩灯显示系统专业班级：姓名：学号：设计课题：四路彩灯显示系统设计1. 设计任务和要求精选文档2 设计一个四路彩灯控制器 , 设计要求如下：（1） 接通电源后，彩灯可以自动按预先设置的程序循环闪烁。（2） 设置的彩灯花型由三个节拍组成：第一节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮，灯亮时间1s，共用 4s；第二节拍：四路彩灯从右向左逐次渐灭，也需4s；第三节拍： 四路彩灯同时亮 0.5s, 然后同时变暗 , 进行 4 次, 所需时间也为 4s。（3）三个节拍完成一个循环，一共需要12s。一次循环之后重复进行闪烁。2. 设计分析四路彩灯既有四路输出，设依次为dQ、cQ、

2、bQ、aQ，若“ 1”表示灯亮，“0” 表示灯灭，由课题要求可知四路彩灯显示系统要求如下表1 所示的输出显示。表 1 四路彩灯输出显示说明输出所用时间dQcQbQaQ开机初态0 0 0 0 第一节拍逐次渐亮1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1s 1s 1s 1s 第二节拍逆序渐灭1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1s 1s 1s 1s 第三节拍同时亮 0.5s ，然后同时灭 0.5s ， 进行四次1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0.5s 0

3、.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 由上表可知，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，每4s 一个节拍， 3 个节拍共 12s 后反复循环。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮、渐灭、同时亮、同时灭等功能。精选文档3 分频及节拍控制可以用一个模12 计数器来完成；彩灯渐亮、渐灭可以用器件的左移、右移功能来实现，因此可选用移位寄存器74194 来完成。同时亮0.5s、同时灭 0.5s可考虑把 1Hz 的秒脉冲信号直接加到输出显示端来完成。综上所述，要完成四路彩灯显示功能需要有分频器、节拍控制器、节拍程序执行器及脉冲源等电路。记第一，二，三节拍分

4、别为012Y YY有效时间应为 4 秒，0Y结束1Y马上开始，1Y后2Y马上开始，如此循环不断。为此可考虑采用移位寄存器构成的移位型控制器。由于有三个状态，因此需要用三个触发器对现时状态进行记忆，为使各状态的有效时间间隔为 4秒，则驱动该移位控制器动作时钟周期应为4 秒。应在开机瞬间，使移位型控制器的状态被确定下来，即0 12Y YY节拍应为 100，可控制输入信号使触发器置位、复位来实现。为实现0Y功能要求器件具有右移功能，为实现1Y功能要求器件有左移功能；而且左、右移输入可为“ 0”也可为“ 1” ；为实现2Y功能，要求器件同时具有并行置数功能。因此可选用一种具有左移、右移和并行置数功能的

5、通用移位寄存器74LS194。74LS194 具有并行输入端 A、B、C、D，并行输出端AQ、BQ、CQ、DQ，右移输入端 SR，左移输入端 SL 和模式控制输入端0S，1S以及一个无条件直接清除端 CLR。模式控制输入0S，1S有 00、01、10、11 四种组合方式，分别表示双向移位寄存器所具有的四种功能，即禁止、右移、左移和并行置数。为了使当0 12Y YY=100 时，01S S=01（右移） ，012Y YY=010时，01S S=10（左移） ，当012Y YY=001时01S S=11（并行置数）。74LS194 的输出端初态均为零，在开机瞬间，使移位控制端01S S的状态被确定

6、下来，即0 12Y YY=100 时，01S S=01 右移串行数据输入端SR 经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从右到左依次亮共4 秒 ，当012Y YY=010 01S S=10 左移串行数据输入端SL 经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从左到右依次灭共4 秒，012YYY=001 精选文档4 01S S=11 并行数据输入端A、B、C、D 经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯同时为“1”0.5 秒、同时为“ 0”0.5 秒，重复 4 遍共 4 秒，完成一个循环共需12 秒，12 个 CP 脉冲。3. 设计方案分析

7、以上设计任务，该控制系统完成如图3-4 所示的控制流程，系统结构框图如图 3-5 所示。其中脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为1Hz 的时钟信号；分频器将 1Hz的时钟信号四分频，用以产生0.25Hz（即 4S）的时钟信号；节拍控制器产生三个节拍循环的控制信号；节拍程序执行器完成在每个节拍下的系统动作，即数据的左移、 右移和送数功能， 可以使用双向通用移位寄存器74LS194完成；显示电路完成系统循环演示的指示，可以用发光二极管模拟。系统控制流程图及控制系统结构框图如下图所示：图 1：四路彩灯控制流程图图 2：四路彩灯控制系统结构框图4. 设计实现下图为四路彩灯显示的一种简易实现电路。该电

8、路选用同步十六进制计数器74161 实现模 12 分频及节拍控制，用 4 位双向移位寄存器74191 实现彩灯的渐亮、精选文档5 渐灭功能。图 3：四路彩灯显示系统的一种实现电路四路彩灯显示系统的工作过程如表2 所示。 74161的输出为0123Q Q Q Q；74194的输出为ABCDQ Q Q Q；四路彩灯的输出为abcdQ Q Q Q。74194 的工作方式控制端132MQQ，032MQQ 。在第一节拍中，1001M M，74194 实现右移功能，即在时钟脉冲作用下，把1SRD逐次移进；在第二节拍中，1010M M，74194实现左移功能，即在时钟脉冲作用下，把0SRD逐次反方向移进。由

9、于前两个节拍中30Q，门 G 关闭，输出为 0，因此四路彩灯的输出abcdABCDQ Q Q QQ Q Q Q。在第三节拍中，1010M M，74194 仍然左移，ABCDQ Q Q Q一直保持为0000。此时31Q，门 G 打开，时钟脉冲 CP同时加到四个输出端abcdQ Q Q Q，由于 CP 是 1Hz秒脉冲，在 1s 时间内高电平和低电平持续时间均为0.5s，因此abcdQ Q Q Q实现同时亮 0.5s、同时灭 0.5s，在 4s内共进行 4 次。第三节拍结束后返回第一节拍，如此反复，实现四路彩灯循环显示。精选文档6 表 2 四路彩灯工作过程说明秒脉冲74161 74194 彩灯输出

10、3Q2Q1Q0Q1M0MAQBQCQDQaQbQcQdQ第一节拍00 0 0 00 0 1 00 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 11 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 第二节拍01 0 0 01 0 1 01 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 第三节拍10 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0

11、1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1Hz时钟 CP 注：时钟由第三节拍的1011返回到第一节拍的0000循环进行5. 四路彩灯系统程序表说明输出AQBQCQDQ时间开机状态0 0 0 0 0Y1 1 1 1 4s 精选文档7 1Y0 0 0 0 4s 2Y1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 4s 6. 设计说明利用 74LS02N节拍控制器、 74LS74D组成的四分频电路， 74LS194D左右双向移位。下面是它们的引脚图：7. 所需器件精选文档8 74LS32 5 个、74LS194D 1 个、74LS00 4 个、74LS

12、10 2 个、74LS161 1 个开关 1 个、时钟源 10000 HZ 5V 1个、5V 电压源 1个、探灯 4 个、导线若干条。8. Multisim仿真电路图精选文档9 精选文档10 通过 Multisim仿真，该电路可以实现实验要求的四路彩灯显示系统及其循环。9. 设计实现功能系统启动后按开关两次 , 自动从初始状态按照规定程序完成3 个节拍的循环演示。第一节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮。第二节拍：四路彩灯从右向左逐次渐灭。第三节拍：四路彩灯同时亮, 然后同时变暗。10. 实际电路的连接和调试按照仿真的电路图和上面芯片的引脚图在面包板上连好线路，经检查无误后，接通电源可看到四个二极管

13、都亮，拔动开关，调好脉冲，观察二极管的变化，可以看到电路和仿真的一样。11. 设计应用该设计制作成饰灯 , 增加彩灯的数量可现实所需要的图形输出，作闪烁灯光使用可应用于商业广告或者霓虹灯和家居装饰品。12. 经验总结通过本学期对数字电路逻辑设计一书的学习，通过查找资料和网上搜索相关资料，完成了本次课程设计。我又一次运用了所学知识，进一步了解到自己所学的知识的作用。下面是我这次课程设计的心得体会。首先是四路彩灯电路的设计，我发现自己对芯片的功能还是不太了解，后来又重新查了一遍，选择了合适的芯片。但又在连线时出了问题，出了问题并不重要，重要的是让自己冷静下来，用心去找出问题的所在。然后用自己所学知

14、识解决掉问题，硬是不能解决的，可以去请教别人，但在问别人的时候，一定要理解对方是怎样解决掉这个问题的，否则你将一无所获，下次遇到这个问题你一样又不知道。其次是电路的连接，线路连接比画图难多了。在连接的时候先要检查芯片、电线等。在连接的时候也要非常的细心，而且要有耐心，只要接错一根，就前功尽弃了。因此，要学会耐心细致的做一件事，不要毛躁，不要粗心。当然，和别人的合作也非常重要。将来走入社会，能否找到好工作，或者说事业顺利，团队合作占了很重的分量，而当今社会，很多公司、企业都非常重视团队合作精神。最后，我要感谢学校给我们这样的实践机会，也感谢老师对我们的耐心教导。总之，这次设计，让我体会到了团队合作的重要性，让我以后做事更有耐心，更加细心。