彩燈控制系統(tǒng)

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)課程：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)題目：彩燈控制系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：080303姓名：劉英策、高文仲袁業(yè)興、王梁指導(dǎo)教師：李巖日期：7月9日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的學(xué)會(huì)將一種實(shí)際狀況抽象為邏輯電路的邏輯狀況的辦法掌握計(jì)數(shù)、譯碼、顯示綜合電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試辦法。掌握實(shí)際輸出電路不同規(guī)定的實(shí)現(xiàn)辦法。設(shè)計(jì)任務(wù)八路彩燈顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下列功效：八路彩燈從左向右依次漸亮，間隔為1S.八路彩燈從右向左依次漸滅，間隔為1S。八路彩燈同時(shí)點(diǎn)亮，時(shí)間為，然后同時(shí)變暗，時(shí)間為5S，重復(fù)4次。構(gòu)造框圖顯示電路顯示電路節(jié)拍程序執(zhí)行器啟動(dòng)節(jié)拍程序執(zhí)行器啟動(dòng)脈沖源分頻器節(jié)拍控制器分頻器節(jié)拍控制器四、設(shè)計(jì)原理該控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖如上圖所示。其中脈沖源采用秒脈沖發(fā)生器，用以提供頻率為１Hz的時(shí)鐘信號(hào)，也可由555振蕩電路提供，變化555的振蕩頻率，即可變化計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)快慢；分頻器將1Hz的時(shí)鐘信號(hào)四分頻，用以產(chǎn)生(即4s)的時(shí)鐘信號(hào)；節(jié)拍控制器產(chǎn)生三個(gè)節(jié)拍循環(huán)的控制信號(hào)，可由計(jì)數(shù)器來(lái)完畢：節(jié)拍程序執(zhí)行器完畢在每個(gè)節(jié)拍下的系統(tǒng)動(dòng)作，即數(shù)據(jù)的左移、右移和送數(shù)功效，能夠使用雙向移位寄存器74LSl94完畢，也可用計(jì)數(shù)器控制譯碼器譯碼得到不同的輸出信號(hào)，決定控制彩燈的循環(huán)變化；顯示電路完畢系統(tǒng)循環(huán)演示的批示，能夠用發(fā)光二極管模擬。五、設(shè)計(jì)方案1、總體電路的設(shè)計(jì)方案：上面提出了兩種不同的設(shè)計(jì)方案，下圖是采用其中一種設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的一種8路彩燈循環(huán)顯示的控制電路，彩燈由發(fā)光二極管模擬替代，該電路由555定時(shí)器、74LS163計(jì)數(shù)器和74LS194四位雙向移位寄存器以及其它門(mén)電路構(gòu)成。計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)由555振蕩電路提供，振蕩頻率的變化可控制彩燈閃爍的快慢?？刂撇薀舻娜齻€(gè)節(jié)拍的節(jié)拍控制器能夠用移位寄存器74LS194實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制S0和S1實(shí)現(xiàn)右移、左移和送數(shù)，通過(guò)控制CLR＇實(shí)現(xiàn)清零。第一節(jié)拍為1右移，第二節(jié)拍為0左移，第三節(jié)拍全亮為置數(shù)1，全滅為清零。且第三節(jié)拍時(shí)規(guī)定1秒內(nèi)全滅全亮各一次，故脈沖信號(hào)頻率比先前兩節(jié)拍時(shí)脈沖頻率要快一倍。由于程序循環(huán)一次要20秒，故需要一種20進(jìn)制的計(jì)數(shù)器控制循環(huán)。因此能夠用一種16進(jìn)制計(jì)數(shù)器（分頻器）產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)，一路送到控制20進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，一路經(jīng)邏輯電路送到移位寄存器。2、單元電路的設(shè)計(jì)：（1）時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路：a.用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一種周期性的矩形脈沖,其周期為:T=(R1+2R2)C………(1)電路圖：進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器：多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)提供應(yīng)74LS163十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，74LS161QA輸出2倍T的脈沖信號(hào),大概為秒；QB輸出4倍T的脈沖信號(hào)，大概為1秒。電路圖（2）20進(jìn)制循環(huán)控制電路由于沒(méi)有現(xiàn)成的二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因此考慮用兩個(gè)74LS163以整體置零的方式搭接。首先將N進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成N*N進(jìn)制，此時(shí)以低位片的進(jìn)位輸出信號(hào)作為高位片的計(jì)數(shù)使能信號(hào)，兩片的CLK同時(shí)接計(jì)數(shù)輸入信號(hào)。然后在計(jì)數(shù)器計(jì)為20狀態(tài)時(shí)一處異步置零信號(hào)，將兩片計(jì)數(shù)器同時(shí)置零。由于N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)序列從最小0到最大數(shù)N-1，即N是多出的，可用與非門(mén)檢測(cè)N,當(dāng)N出現(xiàn)時(shí)，與非門(mén)輸出為低，用它控制清零端CR’，將計(jì)數(shù)器清零。此處工作狀態(tài)從00000~10011，檢測(cè)到10100時(shí)清零。電路圖彩燈輸出控制電路位雙向移位寄存器由于要控制8路彩燈，因此考慮用兩片74LS194接成8位雙向移位寄存器。這時(shí)只需要將其中低位片的Q3接至高位片的DIR端，而將高位片的Q0接至低位片的DIL，同時(shí)把兩片的S1、S0、CLK、CLR分別并聯(lián)就行了。電路圖位雙向移位寄存器的信號(hào)輸入控制74LS194功效表輸入輸出功能CLRS1S0CPSLSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30×××××××××0000清零111↑××d0d1d2d3d0d1d2d3送數(shù)101↑×1××××1Q0nQ1nQ2n右移110↑0×××××Q1nQ2nQ3n0左移通過(guò)20進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端的E、D信號(hào)控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表CLK時(shí)間／Ｓ節(jié)拍QEQDS0S1SRSL74LS194動(dòng)作0 １Ｈｚ脈沖B1第一節(jié)拍00101*右移112001023001034001045001056001067001078001081HZ脈沖B9第二節(jié)拍0101*0左移0910010110110101111201011213010113140101141501011516010116２Ｈｚ脈沖A17第三節(jié)拍1011**送１清零171011181810111910112019１０１１21１０１１2220１０１１23１０１１由上表得：Ｓ０＝ＱD＇Ｓ１＝ＱE＋ＱDCLR＇＝（ＱE*A+QE＇）進(jìn)一步分析可知74LS194的控制脈沖：ＣＬＫ＝（ＱE*A+QE＇）*ＱE+B3、八路彩燈控制系統(tǒng)的總電路圖六、設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我加深了對(duì)555振蕩電路，計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示電路的理解；基本掌握了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的辦法；增加了集成電路應(yīng)用知識(shí)；也提高了實(shí)際動(dòng)手能力以及分析、解決問(wèn)題的綜合能力。在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上我們進(jìn)一步鞏固了已學(xué)基本理論及應(yīng)用知識(shí)，增強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際的能力。在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我深深地感受到了自己所學(xué)到知識(shí)的有限，也充足認(rèn)識(shí)到了自學(xué)的重要性,以及學(xué)以致用的道理。明白了只學(xué)好課本上的知識(shí)是不夠的，還要通過(guò)圖書(shū)館和互聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)渠道來(lái)擴(kuò)充自己的知識(shí)，同時(shí)還要將所學(xué)的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。在小組的配合工作中我們還體會(huì)到了團(tuán)體合作的重要性。附錄555的內(nèi)部構(gòu)造555定時(shí)器電路是一塊介于模與數(shù)字電路的一種混合電路，由于這種特殊的地位，故555定時(shí)電路在報(bào)警電路、控制電路得到了廣泛的應(yīng)用。下圖為555的內(nèi)部電路，從圖上能夠看出，其僅有兩個(gè)比較器、一種觸發(fā)器、一種倒相器、放電管和幾個(gè)電阻構(gòu)成，由于比較器電路是一種模擬器，而觸發(fā)器電路為數(shù)字電路，故其為混合器件。555為一8腳封裝的器件，其各引腳的名稱(chēng)和作用以下：

1腳—GND,接地腳

2腳—TL,低電平觸發(fā)端

3腳—Q,電路的輸出端

4腳—/RD,復(fù)位端，低電平有效

5腳—V_C,電壓控制端

6腳—TH,閾值輸入端

7腳—DIS，放電端

8腳—VCC,電源電壓端，其電壓范疇為：3～18V555的功效描述上圖中當(dāng)V_C不外接電壓時(shí)，三個(gè)電阻對(duì)電源電壓進(jìn)行分壓，每個(gè)電阻上的壓降為1/3VCC,則兩個(gè)比較器的同相端的輸出電壓分別為：1/3CC,2/3VCC。從圖上能夠看出，其555的工作可分為下列3種狀況加以討論：

1.當(dāng)觸發(fā)輸入端TL輸入電壓低于1/3VCC而閾值輸入端電壓不不大于2/3VCC時(shí),其下面比較器輸出為高電平，觸發(fā)器輸出高電平；

2.當(dāng)觸發(fā)輸入端TL輸入電壓高于1/3VCC，而閾值輸入端電壓不大于2/3VCC時(shí),其兩個(gè)比較器輸出皆為低電平，觸發(fā)器輸出保持不變；

3.當(dāng)觸發(fā)輸入端TL輸入電壓高于1/3VCC而閾值輸入端電壓不不大于2/3VCC時(shí),其上面比較器輸出為高電平，觸發(fā)器輸出低電平。

固然你在上面討論時(shí)可同時(shí)對(duì)放電管進(jìn)行討論其狀態(tài)，這里沒(méi)有討論，詳情可能見(jiàn)有關(guān)資料，從上面的討論，可列出下列表格：輸入輸出THTL/RDQ放電管狀態(tài)××00導(dǎo)通＞2/3VCC＞1/3VCC10導(dǎo)通＜2/3VCC＞1/3VCC1保持不變保持不變＞2/3VCC＞1/3VCC10導(dǎo)通＜2/3VCC＜1/3VCC11截止一、芯片名稱(chēng)：同時(shí)可預(yù)置帶清零二進(jìn)制計(jì)數(shù)器二、74LS163芯片的引腳圖和引腳闡明：???闡明一下這些引腳：T和P稱(chēng)之為使能端，相稱(chēng)于計(jì)數(shù)器的總開(kāi)關(guān)，有點(diǎn)類(lèi)似于數(shù)字鎖的總開(kāi)關(guān)。當(dāng)這兩個(gè)信號(hào)為某個(gè)電平時(shí)，芯片能夠工作，反之則嚴(yán)禁。LD---意為加載，就是置數(shù)的意思。當(dāng)它為某個(gè)電平時(shí)，計(jì)數(shù)器作置數(shù)操作，其它操作嚴(yán)禁。RCO---意為脈沖進(jìn)位輸出，當(dāng)計(jì)數(shù)滿(mǎn)十六時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位輸出信號(hào)。三、74LS163的邏輯圖：四、74LS163的邏輯符號(hào)：???接線(xiàn)時(shí)，CK接單脈沖或1Hz時(shí)鐘脈沖信號(hào)。???????????輸出端QDQCQBQA和RCO接發(fā)光二極管。???????????其它的控制信號(hào)和輸入信號(hào)接邏輯開(kāi)關(guān)，LD和CLR是對(duì)低電平有效。54S194/74S194芯片資料：

54LS194/74LS194

194為4位雙向移位寄存器，共有54194/74194、

54S194/74S194，54LS194/74LS194三種線(xiàn)路構(gòu)造形式。

其重要電特性的典型值以下：

型號(hào)fmPD

54194/7419436MHz195mW

54S194/74S194105MHz425mW

54LS194/74LS19436MHz75mW

當(dāng)去除端（CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（QA－QD）

均為低電平。

當(dāng)工作方式控制端（S0、S1）均為高電平時(shí)，在時(shí)鐘

（CLOCK）上升沿作用下，并行數(shù)據(jù)（A－D）被送入

對(duì)應(yīng)的輸出端QA－QD。此時(shí)串行數(shù)據(jù)（DSR、DSL）被禁

止。

當(dāng)S0為高電平、S1為低電平時(shí)，在CLOCK上升沿作

用下進(jìn)行右移操作，數(shù)據(jù)由DSR送入。

當(dāng)S0為低電平、S1為高電平時(shí)，在CLOCK上升沿作

用下進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)由DSR送入。

當(dāng)S0和S1均為低電平時(shí)，CLOCK被嚴(yán)禁。對(duì)于54

（74）194，只有當(dāng)CLOCK為高電平時(shí)S0和S1才可改

變。

邏輯符號(hào)：

引出端符號(hào)

CLOCK時(shí)鐘輸入端

CLEAR去除端（低電平有效）

A－D并行數(shù)據(jù)輸入端

DSL左移串行數(shù)據(jù)輸