數(shù)字電路邏輯設(shè)計課程設(shè)計四路彩燈顯示系統(tǒng)設(shè)計

1、 課程名稱： 數(shù)字電路邏輯設(shè)計 設(shè)計項目：四路彩燈顯示系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級： 通信 學(xué)號： 學(xué)生姓名： 同組人姓名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計課題：四路彩燈顯示系統(tǒng)設(shè)計一、 設(shè)計目的1、 熟悉常用中規(guī)模計數(shù)器的邏輯功能。2、 掌握技術(shù)、譯碼電路的工作原理及應(yīng)用。3、 熟悉移位寄存器的工作原理、典型應(yīng)用和調(diào)試方法。 二、 設(shè)計任務(wù)與要求設(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(yù)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?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：四路彩燈同時亮0.5s,

2、然后同時變暗,進(jìn)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(fù)進(jìn)行閃爍。三、設(shè)計原理 圖(a)四路彩燈控制流程圖 四路彩燈即有四路發(fā)光二極管輸出，設(shè)依次為、，若用高電平“1”表示燈亮，低電平“0”表示燈滅，由課程設(shè)計要求可知四路彩燈顯示系統(tǒng)有如下表所示的輸出顯示。 四路彩燈輸出顯示說 明輸 出所用時間 開機初態(tài)0 0 0 0 第一節(jié)拍逐次漸亮1 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 11s1s1s1s第二節(jié)拍逆序漸滅1 1 1 01 1 0 01 0 0 00 0 0 01s1s1s1s第三節(jié)拍同時亮0.5s，然后同時滅0.5s，進(jìn)行四次1

3、1 1 10 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 10 0 0 01 1 1 1 0 0 0 00.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s分析可知，要實現(xiàn)上表所示功能，需要一個分頻器起節(jié)拍產(chǎn)生和控制作用，每4s一個節(jié)拍，3個節(jié)拍共12s后反復(fù)循環(huán)。一個節(jié)拍結(jié)束后應(yīng)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)拍控制可以用同步十六進(jìn)制計數(shù)器74ls161實現(xiàn)模12分頻及節(jié)拍控制；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74ls194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

4、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。四、設(shè)計實現(xiàn)1、分頻及節(jié)拍控制的實現(xiàn)分頻及節(jié)拍控制可以用同步十六進(jìn)制計數(shù)器74ls161實現(xiàn)模12分頻及節(jié)拍控制。 12進(jìn)制循環(huán)控制電路示意圖2、彩燈花樣輸出電路記第一，二，三節(jié)拍分別為有效時間應(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寄存器構(gòu)成的移位型控制器。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(jìn)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(yīng)為4秒。應(yīng)在開機瞬間，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

5、入信號使觸發(fā)器置位、復(fù)位來實現(xiàn)。 為實現(xiàn)功能要求器件具有右移功能，為實現(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”；為實現(xiàn)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。運用到74ls194功能表輸入輸出功能s1s0cpslsrd0d1d3d3q0q1q2q300000清零111d0d1d2d3d0d1d2d3送數(shù)10111q0q1q2右移1100q1q2q30左移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，以及一個無條件直接清除端clr。模式控制輸入

6、，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(dāng)=100時， =01（右移），=010時，=10（左移），當(dāng)=001時=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 的狀態(tài)被確定下來，即 =100時， =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、

7、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(fù)4遍共4秒，完成一個循環(huán)共需12秒，12個cp脈沖。 2、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(jìn)制計數(shù)器74ls161實現(xiàn)模12分頻及節(jié)拍控制，用4位雙向移位寄存器74ls194實現(xiàn)彩燈的漸亮、漸滅功能。四路彩燈顯示系統(tǒng)的實現(xiàn)電路四路彩燈顯示系統(tǒng)的工作過程如下表所示。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實現(xiàn)右移功能，即在時鐘脈沖作用下，把逐次移進(jìn)；在第二節(jié)拍中，74194實現(xiàn)

8、左移功能，即在時鐘脈沖作用下，把逐次反方向移進(jìn)。由于前兩個節(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，門g打開，時鐘脈沖cp同時加到四個輸出端，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，因此實現(xiàn)同時亮0.5s、同時滅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)，實現(xiàn)四路彩燈循環(huán)顯示。四路彩燈工作過程說明秒脈沖74ls16174ls194彩燈輸出 第一節(jié)拍0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 1 0 10 10 10 11 0 0 01 1 0 01 1 1 01

9、1 1 11 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1第二節(jié)拍0 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 01 01 01 01 1 1 01 1 0 01 0 0 00 0 0 01 1 1 01 1 0 01 0 0 00 0 0 0第三節(jié)拍1 0 0 0 1 0 0 11 0 1 01 0 1 11 01 01 01 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 01hz時鐘cp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(jìn)行五、multisim仿真 初始狀態(tài) 01s 1 2s 2 3s 34s 45s 56s 67s 78s 88.5s

10、 8.59s 99.5s 9.510s 1010.5s 10.511s 1111.5s 11.512s六、組裝與調(diào)試實驗儀器：數(shù)字電路試驗箱 導(dǎo)線若干條 74ls00一個, 74ls32兩個，74ls161一個，74ls194一個，74ls10一個按照仿真的電路圖和上面芯片的引腳圖在數(shù)字電路試驗箱上連好線路，調(diào)好秒脈沖為1hz經(jīng)檢查無誤后，接通電源可看到二極管輸出自動從初始狀態(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，則實驗任務(wù)完成。七、實驗結(jié)論及心得通過本學(xué)期對數(shù)字電路邏輯設(shè)計一書的學(xué)習(xí)

11、，結(jié)合自身所學(xué)知識和上網(wǎng)查資料完成了本次四路彩燈顯示系統(tǒng)的課程設(shè)計。在此次課程設(shè)計實驗中，通過查找資料和網(wǎng)上搜索相關(guān)資料，我學(xué)會了寄存器的使用方法， 熟悉了寄存器的一般應(yīng)用，基本掌握了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的方法。網(wǎng)上的資料也很多，也很雜亂，在查找資料的同時我學(xué)會了如何分辨資料是否有用，并對資料進(jìn)行了歸類和總結(jié)。對于網(wǎng)上查找的資料我更多的是借鑒，然后自己對電路進(jìn)行改進(jìn)。在這次課程設(shè)計中，最困難的是現(xiàn)實中的電路同電腦上的仿真是有一定的差距，這就需要在原電路進(jìn)行不斷的分析、改進(jìn)。在實驗室搭建調(diào)試電路的過程需要的是耐心和細(xì)心的。在以前做數(shù)電實驗時我就有過因為沒對每個芯片檢查而出現(xiàn)錯誤，因而吃一塹長一智，在以后的實驗中養(yǎng)成了實驗