四路彩灯显示电路 - 数字逻辑 - 课程设计 - 图文

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

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Qd、Qc、Qb、Qa，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 Qd Qc Qb Qa 开机初态 第一节拍 逐次渐亮 第二节拍 逆序渐灭 第三节拍 同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 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 1 1 1 1 0 0 0 0 1s 1s 1s 1s 1s 1s 1s 1s 0.5s 0.5s 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。

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。

记第一，二，三节拍分别为Y0YY12有效时间应为4秒，Y0结束Y1马上开始，Y1后Y2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Y0YY12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Y0功能要求器件具有右移功能，为实现Y1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Y2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QA、QB、QC、QD，右移输入端SR，左移输入端SL和模式控制输入端S0，S1以及一个无条件直接清除端CLR。模式控制输入S0，S1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

Y0YY12=100时，S0S1 =01（右移）12=010时，S0S1=10（左移）12=001，Y0YY，当Y0YY时S0S1=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S0S1 的状态被确

12 =100时，S0S1 =01 右移串行数据输入端 SR经脉冲信号经四定下来，即 Y0YY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 ，

12 =010 S0S1 =10 左移串行数据输入端 SL经脉冲信号经四分频电路和 当Y0YY12 =001 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，Y0YY

S0S1 =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、

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Q0QQ12Q3；74194的输出为QAQBQCQD；四路彩灯的输出为QaQbQcQd。74194的工作方式控制端

M1?Q3?Q2，M0?Q3?Q2。在第一节拍中，M1M0?01，74194实现右移功能，即在时钟脉冲作用下，把DSR?1逐次移进；在第二节拍中，M1M0?10，74194实现左移功能，即在时钟脉冲作用下，把DSR?0逐次反方向移进。由于前两个节拍中Q3?0，门G关闭，输出为0，因此四路彩灯的输出QaQbQcQd?QAQBQCQD。在第三节拍中，M1M0?10，74194仍然左移，QAQBQCQD一直保持为0000。此时

Q3?1，门G打开，时钟脉冲CP同时加到四个输出端QaQbQcQd，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QaQbQcQd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。

表2 四路彩灯工作过程

说脉明 第一节冲 ? ? ? 秒74161 Q3 Q2 Q1 Q0 M1 M0 74194 QA QB QC QD 彩灯输出 Qa Qb Qc Qd 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1Hz时钟CP 拍 ? 第二节? ? ? 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 拍 ? 第三节? ? ? 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 拍 ? 1 0 1 1 5. 四路彩灯系统程序表

说明 注：时钟由第三节拍的1011返回到第一节拍的0000循环进行 输出 QA QB QC QD 时间 开机状态 0 0 0 0 1 1 1 1 4s Y0

Y1 0 0 0 0 1 1 1 1 4s Y2 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

74LS32 5个、74LS194D 1个、74LS00 4个、74LS10 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

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。

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