四路彩燈顯示電路-數(shù)字邏輯-課程設(shè)計(jì)2

數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：設(shè)計(jì)課題：四路彩燈顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)四路彩燈控制器,設(shè)計(jì)要求如下：接通電源后，彩燈可以自動(dòng)按預(yù)先設(shè)置的程序循環(huán)閃爍。設(shè)置的彩燈花型由三個(gè)節(jié)拍組成：第一節(jié)拍：四路彩燈從左向右逐次漸亮，燈亮?xí)r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(shí)亮0.5s,然后同時(shí)變暗,進(jìn)行4次,所需時(shí)間也為4s?！?〕三個(gè)節(jié)拍完成一個(gè)循環(huán)，一共需要12s。一次循環(huán)之后重復(fù)進(jìn)行閃爍。2.設(shè)計(jì)分析四路彩燈既有四路輸出，設(shè)依次為、、、，假設(shè)“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。表1四路彩燈輸出顯示說明輸出所用時(shí)間開機(jī)初態(tài)0000第一節(jié)拍逐次漸亮10001100111011111s1s1s1s第二節(jié)拍逆序漸滅11101100100000001s1s1s1s第三節(jié)拍同時(shí)亮0.5s，然后同時(shí)滅0.5s，進(jìn)行四次111100001111000011110000111100000.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s由上表可知，需要一個(gè)分頻器起節(jié)拍產(chǎn)生和控制作用，每4s一個(gè)節(jié)拍，3個(gè)節(jié)拍共12s后反復(fù)循環(huán)。一個(gè)節(jié)拍結(jié)束后應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)到節(jié)拍程序執(zhí)行器，完成彩燈漸亮、漸滅、同時(shí)亮、同時(shí)滅等功能。分頻及節(jié)拍控制可以用一個(gè)模12計(jì)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(shí)現(xiàn)，因此可選用移位存放器74194來完成。同時(shí)亮0.5s、同時(shí)滅0.5s可考慮把1Hz的秒脈沖信號(hào)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)拍分別為有效時(shí)間應(yīng)為4秒，結(jié)束馬上開始，后馬上開始，如此循環(huán)不斷。為此可考慮采用移位存放器構(gòu)成的移位型控制器。由于有三個(gè)狀態(tài)，因此需要用三個(gè)觸發(fā)器對(duì)現(xiàn)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行記憶，為使各狀態(tài)的有效時(shí)間間隔為4秒，那么驅(qū)動(dòng)該移位控制器動(dòng)作時(shí)鐘周期應(yīng)為4秒。應(yīng)在開機(jī)瞬間，使移位型控制器的狀態(tài)被確定下來，即節(jié)拍應(yīng)為100，可控制輸入信號(hào)使觸發(fā)器置位、復(fù)位來實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)功能要求器件具有右移功能，為實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)功能，要求器件同時(shí)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)功能的通用移位存放器74LS194。74LS194具有并行輸入端A、B、C、D，并行輸出端、、、，右移輸入端SR，左移輸入端SL和模式控制輸入端，以及一個(gè)無條件直接去除端CLR。模式控制輸入，有00、01、10、11四種組合方式，分別表示雙向移位存放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(dāng)=100時(shí)，=01〔右移〕，=010時(shí)，=10〔左移〕，當(dāng)=001時(shí)=11〔并行置數(shù)〕。74LS194的輸出端初態(tài)均為零，在開機(jī)瞬間，使移位控制端的狀態(tài)被確定下來，即=100時(shí)，=01右移串行數(shù)據(jù)輸入端SR經(jīng)脈沖信號(hào)經(jīng)四分頻電路和通過兩或門組成的節(jié)拍電路，使四路彩燈從右到左依次亮共4秒，當(dāng)=010=10左移串行數(shù)據(jù)輸入端SL經(jīng)脈沖信號(hào)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，=001=11并行數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D經(jīng)脈沖信號(hào)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(shí)為“1”0.5秒、同時(shí)為“0”0.5秒，重復(fù)4遍共4秒，完成一個(gè)循環(huán)共需12秒，12個(gè)CP脈沖。3.設(shè)計(jì)方案分析以上設(shè)計(jì)任務(wù)，該控制系統(tǒng)完成如圖1所示的控制流程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2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)；分頻器將1Hz的時(shí)鐘信號(hào)四分頻，用以產(chǎn)生0.25Hz〔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)；節(jié)拍程序執(zhí)行器完成在每個(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)功能，可以使用雙向通用移位存放器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)框圖如下列圖所示：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(jì)實(shí)現(xiàn)下列圖為四路彩燈顯示的一種簡易實(shí)現(xiàn)電路。該電路選用同步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161實(shí)現(xiàn)模12分頻及節(jié)拍控制，用4位雙向移位存放器74191實(shí)現(xiàn)彩燈的漸亮、漸滅功能。圖3：四路彩燈顯示系統(tǒng)的一種實(shí)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；74194的輸出為；四路彩燈的輸出為。74194的工作方式控制端，。在第一節(jié)拍中，，74194實(shí)現(xiàn)右移功能，即在時(shí)鐘脈沖作用下，把逐次移進(jìn)；在第二節(jié)拍中，，74194實(shí)現(xiàn)左移功能，即在時(shí)鐘脈沖作用下，把逐次反方向移進(jìn)。由于前兩個(gè)節(jié)拍中，門G關(guān)閉，輸出為0，因此四路彩燈的輸出。在第三節(jié)拍中，，74194仍然左移，一直保持為0000。此時(shí)，門G翻開，時(shí)鐘脈沖CP同時(shí)加到四個(gè)輸出端，由于CP是1Hz秒脈沖，在1s時(shí)間內(nèi)高電平和低電平持續(xù)時(shí)間均為0.5s，因此實(shí)現(xiàn)同時(shí)亮0.5s、同時(shí)滅0.5s，在4s內(nèi)共進(jìn)行4次。第三節(jié)拍結(jié)束后返回第一節(jié)拍，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)四路彩燈循環(huán)顯示。表2四路彩燈工作過程說明秒脈沖7416174194彩燈輸出第一節(jié)拍00000101000110101010110001100111011111000110011101111第二節(jié)拍10010111001111010101011101100100000001110110010000000第三節(jié)拍0001001101010111010101000000000000000001Hz時(shí)鐘CP注：時(shí)鐘由第三節(jié)拍的1011返回到第一節(jié)拍的0000循環(huán)進(jìn)行5.四路彩燈系統(tǒng)程序表說明輸出時(shí)間開機(jī)狀態(tài)000011114s00004s11111111000000004s6.所需器件74LS74D5個(gè)、74LS194D1個(gè)、74LS02N2個(gè)、74LS0