四路彩燈顯示電路數(shù)字邏輯課程設(shè)計（精編版）

1、四路彩燈顯示電路 _數(shù)字邏輯 _課程設(shè)計數(shù)字電路邏輯設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計題目：四路彩燈顯示系統(tǒng)專業(yè)班級：姓名：學號：10 / 10設(shè)計課題：四路彩燈顯示系統(tǒng)設(shè)計1. 設(shè)計任務和要求設(shè)計一個四路彩燈控制器, 設(shè)計要求如下：（1） 接通電源后，彩燈可以自動按預先設(shè)置的程序循環(huán)閃爍。（2） 設(shè)置的彩燈花型由三個節(jié)拍組成：第一節(jié)拍：四路彩燈從左向右逐次漸亮，燈亮時間1s，共用 4s； 第二節(jié)拍：四路彩燈從右向左逐次漸滅，也需4s；第三節(jié)拍： 四路彩燈同時亮0.5s, 然后同時變暗 , 進行 4 次, 所需時間也為 4s。（3） 三個節(jié)拍完成一個循環(huán)，一共需要12s。一次循環(huán)之后重復進行閃爍。2. 設(shè)計分析

2、四路彩燈既有四路輸出，設(shè)依次為Qd 、Qc 、Qb 、Qa，若“ 1”表示燈亮，“ 0”表示燈滅，由課題要求可知四路彩燈顯示系統(tǒng)要求如下表1 所示的輸出顯示。說明輸Qc出Qb所用時間QdQa表 1四路彩燈輸出顯示開機初態(tài)000010001s第一節(jié)拍11001s逐次漸亮11101s11111s11101s第二節(jié)拍11001s逆序漸滅10001s00001s11110.5s00000.5s第三節(jié)拍11110.5s同時亮0.5s ，然00000.5s后同時滅 0.5s ，進11110.5s行四次00000.5s11110.5s00000.5s由上表可知，需要一個分頻器起節(jié)拍產(chǎn)生和控制作用，每4s 一

3、個節(jié)拍， 3 個節(jié)拍共12s 后反復循環(huán)。一個節(jié)拍結(jié)束后應產(chǎn)生一個信號到節(jié)拍程序執(zhí)行器，完成彩燈漸亮、漸滅、同時亮、同時滅等功能。分頻及節(jié)拍控制可以用一個模12 計數(shù)器來完成；彩燈漸亮、漸滅可以用器件的左移、右移功能來實現(xiàn)，因此可選用移位寄存器74194 來完成。同時亮0.5s、同時滅 0.5s 可考慮把 1Hz 的秒脈沖信號直接加到輸出顯示端來完成。綜上所述，要完成四路彩燈顯示功能需要有分頻器、節(jié)拍控制器、節(jié)拍程序執(zhí)行器及脈沖源等電路。記第一，二，三節(jié)拍分別為Y0Y1Y2 有效時間應為 4 秒， Y0 結(jié)束 Y1 馬上開始， Y1后 Y2 馬上開始，如此循環(huán)不斷。為此可考慮采用移位寄存器構(gòu)成

4、的移位型控制器。由于有三個狀態(tài)，因此需要用三個觸發(fā)器對現(xiàn)時狀態(tài)進行記憶，為使各狀態(tài)的有效時間間隔為4 秒，則驅(qū)動該移位控制器動作時鐘周期應為4 秒。應在開機瞬間，使移位型控制器的狀態(tài)被確定下來，即Y0Y1Y2 節(jié)拍應為 100，可控制輸入信號使觸發(fā)器置位、復位來實現(xiàn)。為實現(xiàn)Y0 功能要求器件具有右移功能，為實現(xiàn)Y1 功能要求器件有左移功能；而且左、右移輸入可為“0”也可為“ 1”；為實現(xiàn)Y2 功能，要求器件同時具有并行置數(shù)功能。因此可選用一種具有左移、右移和并行置數(shù)功能的通用移位寄存器74LS194。74LS194 具有并行輸入端A 、B、C、D，并行輸出端QA 、QB 、QC、QD ，右移輸

5、入端 SR，左移輸入端 SL 和模式控制輸入端S0 ， S1 以及一個無條件直接清除端 CLR 。模式控制輸入S0 ， S1 有 00、01、10、11 四種組合方式，分別表示雙向移位寄存器所具有的四種功能，即禁止、右移、左移和并行置數(shù)。為了使當Y0Y1Y2 =100 時， S0 S1=01（右移），Y0Y1Y2 =010 時，S0 S1 =10（左移），當 Y0Y1Y2 =001時 S0S1 =11（并行置數(shù)）。74LS194 的輸出端初態(tài)均為零，在開機瞬間，使移位控制端S0 S1的狀態(tài)被確定下來，即Y0Y1Y2=100 時， S0 S1=01 右移串行數(shù)據(jù)輸入端SR 經(jīng)脈沖信號經(jīng)四分頻電路

6、和通過兩或門組成的節(jié)拍電路，使四路彩燈從右到左依次亮共4 秒 ，當 Y0Y1Y2=010S0 S1=10 左移串行數(shù)據(jù)輸入端SL經(jīng)脈沖信號經(jīng)四分頻電路和通過兩或門組成的節(jié)拍電路，使四路彩燈從左到右依次滅共4 秒，Y0Y1Y2=001S0 S1=11 并行數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D 經(jīng)脈沖信號經(jīng)四分頻電路和通過兩或門組成的節(jié)拍電路，使四路彩燈同時為“1”0.5 秒、同時為“ 0”0.5 秒，重復 4 遍共 4 秒，完成一個循環(huán)共需12 秒， 12 個 CP 脈沖。3. 設(shè)計方案分析以上設(shè)計任務，該控制系統(tǒng)完成如圖3-4 所示的控制流程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-5 所示。其中脈沖源采用秒脈沖發(fā)生器，用

7、以提供頻率為1Hz 的時鐘信號；分頻器將 1Hz 的時鐘信號四分頻，用以產(chǎn)生0.25Hz（即 4S）的時鐘信號；節(jié)拍控制器產(chǎn)生三個節(jié)拍循環(huán)的控制信號；節(jié)拍程序執(zhí)行器完成在每個節(jié)拍下的系統(tǒng)動作， 即數(shù)據(jù)的左移、 右移和送數(shù)功能， 可以使用雙向通用移位寄存器74LS194完成；顯示電路完成系統(tǒng)循環(huán)演示的指示，可以用發(fā)光二極管模擬。系統(tǒng)控制流程圖及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：圖 1：四路彩燈控制流程圖圖 2：四路彩燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4. 設(shè)計實現(xiàn)下圖為四路彩燈顯示的一種簡易實現(xiàn)電路。該電路選用同步十六進制計數(shù)器74161 實現(xiàn)模 12 分頻及節(jié)拍控制， 用 4 位雙向移位寄存器74191 實現(xiàn)彩燈的

8、漸亮、漸滅功能。圖 3：四路彩燈顯示系統(tǒng)的一種實現(xiàn)電路四路彩燈顯示系統(tǒng)的工作過程如表2 所示。 74161 的輸出為 Q0Q1Q2 Q3 ；74194的輸出為QAQB QCQD；四路彩燈的輸出為QaQbQc Qd。74194 的工作方式控制端M 1Q3Q2 ， M 0Q3Q2。在第一節(jié)拍中，M 1M 001 ，74194 實現(xiàn)右移功能，即在時鐘脈沖作用下，把DSR1逐次移進；在第二節(jié)拍中，M 1M 010 ，74194 實現(xiàn)左移功能，即在時鐘脈沖作用下，把DSR0 逐次反方向移進。由于前兩個節(jié)拍中Q30 ，門 G 關(guān)閉，輸出為 0，因此四路彩燈的輸出Qa QbQcQdQAQB QCQD 。在第

9、三節(jié)拍中，M 1M 010 ， 74194 仍然左移，QAQB QC QD一直保持為0000。此時Q31 ，門 G 打開，時鐘脈沖 CP 同時加到四個輸出端Qa Qb QcQd，由于 CP 是 1Hz秒脈沖， 在 1s 時間內(nèi)高電平和低電平持續(xù)時間均為0.5s，因此 QaQb Qc Qd 實現(xiàn)同時亮 0.5s、同時滅 0.5s，在 4s 內(nèi)共進行 4 次。第三節(jié)拍結(jié)束后返回第一節(jié)拍，如此反復，實現(xiàn)四路彩燈循環(huán)顯示。表 2四路彩燈工作過程脈說秒7416174194彩燈輸出321010ACDad明沖QQQQMMQQBQQQQbQc第00000110001000一00010111001100節(jié)001

10、00111101110拍00110111111111第01001011101110二01011011001100節(jié)01101010001000Q拍01111000000000三10011000001Hz 時鐘 CP節(jié)1010100000拍1011100000QAQBQCQD000011114s00004s111111114s00000000第1000100000注：時鐘由第三節(jié)拍的1011 返回到第一節(jié)拍的0000 循環(huán)進行5.四路彩燈系統(tǒng)程序表說明輸出時間開機狀態(tài)Y0Y1Y26. 設(shè)計說明利用 74LS02N節(jié)拍控制器、 74LS74D組成的四分頻電路， 74LS194D左右雙向移位。下面是

11、它們的引腳圖：7. 所需器件74LS32 5 個、74LS194D 1 個、74LS00 4個、74LS10 2 個、74LS161 1 個開關(guān) 1個、時鐘源 10000 HZ 5V 1個、5V 電壓源1個、探燈 4 個、導線若干條。8. Multisim仿真電路圖通過 Multisim仿真，該電路可以實現(xiàn)實驗要求的四路彩燈顯示系統(tǒng)及其循環(huán)。9. 設(shè)計實現(xiàn)功能系統(tǒng)啟動后按開關(guān)兩次 , 自動從初始狀態(tài)按照規(guī)定程序完成 3 個節(jié)拍的循環(huán)演示。第一節(jié)拍：四路彩燈從左向右逐次漸亮。 第二節(jié)拍 ：四路彩燈從右向左逐次漸滅。第三節(jié)拍：四路彩燈同時亮 , 然后同時變暗。10. 實際電路的連接和調(diào)試按照仿真的

12、電路圖和上面芯片的引腳圖在面包板上連好線路，經(jīng)檢查無誤后， 接通電源可看到四個二極管都亮，拔動開關(guān)，調(diào)好脈沖，觀察二極管的變化，可以看到電路和仿真的一樣。11. 設(shè)計應用該設(shè)計制作成飾燈 , 增加彩燈的數(shù)量可現(xiàn)實所需要的圖形輸出，作閃爍燈光使用可應用于商業(yè)廣告或者霓虹燈和家居裝飾品。12. 經(jīng)驗總結(jié)通過本學期對數(shù)字電路邏輯設(shè)計一書的學習，通過查找資料和網(wǎng)上搜索相關(guān)資料，完成了本次課程設(shè)計。我又一次運用了所學知識，進一步了解到自己所學的知識的作用。下面是我這次課程設(shè)計的心得體會。首先是四路彩燈電路的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)自己對芯片的功能還是不太了解，后來又重新查了一遍，選擇了合適的芯片。但又在連線時出了問題，出了問題并不重要，重要的是讓自己冷靜下來，用心去找出問題的所在。然后用自己所學知識解決掉問題，硬是不能解決的，可以去請教別人，但在問別人的時候，一定要理解對方是怎樣解決掉這個問題的，否則你將一無所獲，下次遇到這個問題你一樣又不知道。其次是電路的連接，線路連接比畫圖難多了。在連接的時候先要檢查芯片、電線等。在連接的時候也要非常的細