彩燈控制器課程設計數(shù)電

電子技術課程設計---彩燈控制器學院：電子信息工程學院班級：姓名學號：指導教師：彩燈控制器一、設計任務與要求：設計一個彩燈控制器，要求：.四路彩燈從左向右逐次漸亮，間隔為1秒。.四路彩燈從右向左逐次漸滅，間隔為1秒。.四路彩燈同時點亮，時間間隔為1秒，然后同時變暗，時間為1秒，反復4次。二、總體框圖圖（1）總體框圖根據(jù)設計要求，電路設計大體思路如下:由脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率脈沖信號，利用計數(shù)器加法計數(shù)功能輸出0000~1111的脈沖信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)選擇器分別在0000~0011,0100~0111,1000~1111三個時段輸出不同的高低電平，控制移位寄存器實現(xiàn)右移一左移一置數(shù)功能，從而控制彩燈按照設計要求實現(xiàn)亮滅。三、選擇器件本次課程設計所用器件如表表一本次課程設計所用器件型號名稱數(shù)目74LS163同步二進制計數(shù)器174LS1944位雙向移位寄存器174150十六1數(shù)據(jù)選擇器374LS04非門1PROBE彩燈4XFG2脈，性生器11.同步二進制計數(shù)器74LS163輸？？？入輸??？出CPEPETQX0XX全“L”01XX據(jù)個1111計數(shù)X110X保持X11X0保持根據(jù)邏輯圖、波形圖、功能表分析，74LS163具有如下功能:表二7-374LS163功能表管腳圖 邏輯符號1是同步4位二進制加法計數(shù)器，M=16CP上升沿觸發(fā)2既可同步消除，也可異步消除。同步清除時，清除信號的低電平將在下一個CP上升沿配合下把四個觸發(fā)器的輸出置為低電平。異步清除時，直接用清除信號的低電平把四個觸發(fā)器的輸出置為低電平。3同步預置方式：當LD=0時，在CP作用下，計數(shù)器可并行打入預置數(shù)據(jù)當LD=1時，使能輸入PT同時為高電平，在CP作用下，進行正常計數(shù)。PT任一為低時，計數(shù)器處于保持狀態(tài)。5CO為進位輸出，可用來級聯(lián)成n位同步計數(shù)器。2.四位雙向移位寄存器74LS194內(nèi)部原理圖74LS194內(nèi)部原理圖74LS194四位雙向移位寄存器具有左移、右移、并行數(shù)據(jù)輸入、保持、清除功能。1）從圖1中74LS194的圖形符號和引腳圖分析。SRG是4位移位寄存器符號，D0~D3^行數(shù)據(jù)輸入端、DSl左移用行數(shù)據(jù)輸入端、DSr右移串行數(shù)據(jù)輸入端、Sa（MO和Sb（MD（即9腳和10腳）工作方式控制端分別接電平開關，置1或置0,CP時鐘輸入端接正向單次脈沖，清零端直接負向單次脈沖，Q0~Q3俞出端。表三邏輯符號邏輯框圖.十六選一數(shù)據(jù)選擇其7415074150內(nèi)部原理圖74150邏輯功能表DCBAStrobeWXXXX1100000E000010E100100E200110E3101100I_ 0E401010E501100E601110E710000E810010E910100E1010110E11111|001 0E1211010E1311100E14111110E15邏輯框圖 邏輯符號十六選一的數(shù)據(jù)選擇器74150并行輸入Do?D5十六個數(shù)據(jù)，當選擇輸入AAAA)的二進制數(shù)碼依次由0000遞增至1111,即其最小項由m逐次變到m15時，16個通道的數(shù)據(jù)便依次傳送到輸出端，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)非門74LS04仔細觀察一下圖中給出的三極管開關電路即可發(fā)現(xiàn)，當輸入為高電平時輸出等于低電平，而輸入為低電平時輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關系，它實際上就是一個非門。（亦稱反向器）。當輸入信號為高電平時，應保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。設計電路所用的芯片是74LS04,如下圖所示：圖（12）74LS04的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖（13）三極管非門74LS04的邏輯框圖功能表如下圖：表六非門功能表圖（14）74LS04的邏輯符號邏輯函數(shù)式Y(jié)=A四、功能模塊 —在設計單元電路和選擇元器件時，盡量選用同類型的元器件，如所有功能的部件都采用TTL集成電路，整個系統(tǒng)所用的元器件種類盡可能少。下面介紹各單元電路的設計。脈沖發(fā)生由脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率為1HZ；幅度為5V的連續(xù)脈沖信號，輸入74LS163同步二進制計數(shù)器，利用74LS加法計數(shù)功能輸出0000~1111的脈沖信號。2．信號控制由74LS163輸出的0000~1111的脈沖信號輸入 3片十六選一數(shù)據(jù)選擇器74150，當輸入信號為0000~0011時，第一片和第二片74150輸出信號為 0，經(jīng)過74LS04非門變?yōu)楦唠娖剑谌?74150輸出信號為 1，經(jīng)過 74LS04非門變?yōu)榈碗娖?。當輸入信號?100~0111時，第一片和第三片74150輸出信號為 0，經(jīng)過74LS04非門變?yōu)楦唠娖?，第二?74150輸出信號為 1，經(jīng)過 74LS04非門變?yōu)榈碗娖?。當輸入信號?000~1111時，第二片和第三片74150輸出信號為 0，經(jīng)過74LS04非門變?yōu)楦唠娖剑谝黄?4150輸出信號為0/1不斷交換。3．彩燈控制三片74150的輸出端分別接四位雙向移位寄存器74LS194的CLR端S0端和S1端。當計數(shù)器輸出信號為0000~0011時，CLR端和S0端輸入為高電平，S1端輸入為低電平，彩燈從左向右依次點亮，時間間隔為 1秒。當計數(shù)器輸出信號為0100~0111時，CLR端和S1端輸入為高電平，S0端輸入為低電平，彩燈從右向左依次熄滅，時間間隔為 1秒。當計數(shù)器輸出信號為1000~1111時，S0端和S1端輸入為高電平，CLR端輸入為高/低電平交替，四盞彩燈同時點亮火熄滅，時間間隔為一秒。五、總體設計電路圖總電路說明：圖中由脈沖發(fā)生器輸出1HZ脈沖，輸出端接到計數(shù)器74LS163的CLK?,通過74LS163的計數(shù)功能，發(fā)出0000~1111的信號，計數(shù)器的四個輸出端Q0Q1Q2Q3分別加在十六選一數(shù)據(jù)選擇器74150的ABCW,第一片74150的輸出端加非門后接在74LS194的CLR端，第二片74150的輸出端加非門后接在74LS194的S0端，第三片數(shù)據(jù)選擇器的輸出端加非門后接在 74LS194的S1端，使彩燈按照設計要求變化。Multisim仿真結(jié)果用Multisim對總電路進行仿真，仿真開始后，彩燈依時間順序按設計要求變亮或熄滅。這一點也可以從電路圖仿真結(jié)果中得到驗證。（3）總電路的硬件實現(xiàn)各模塊的功能已經(jīng)在功能模塊中得到了硬件實現(xiàn)，并驗證正確，將各模塊連接起來，打開電源開關，四個發(fā)光二極管從左向右逐次漸亮又從右向左逐次漸滅，之后同時變亮又變滅，重復四次，時間間隔為1秒，從而總電路得到驗證。六、課程設計總結(jié)通過兩個星期的努力，終于完成了這次課程設計。在此次課程設計實驗中，我學會了寄存器的使用方法，熟悉了寄存器的一般應用，基本掌握了數(shù)字系統(tǒng)設計和調(diào)試的方法。在這個數(shù)字電路中我們可以觀測到，當輸入“