彩灯控制器课程设计数电Word格式.docx
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1.四路彩灯从左向右逐次渐亮,间隔为1秒。
2.四路彩灯从右向左逐次渐灭,间隔为1秒。
3.四路彩灯同时点亮,时间间隔为1秒,然后同时变暗,时间为1秒,反复4次。
二、总体框图
图
(1)总体框图
根据设计要求,电路设计大体思路如下:
由脉冲发生器发出频率脉冲信号,利用计数器加法计数功能输出0000~1111的脉冲信号,经过数据选择器分别在0000~0011,0100~0111,1000~1111三个时段输出不同的高低电平,控制移位寄存器实现右移→左移→置数功能,从而控制彩灯按照设计要求实现亮灭。
三、选择器件
本次课程设计所用器件如表一:
表一本次课程设计所用器件
型号
名称
数目
74LS163
同步二进制计数器
1
74LS194
4位双向移位寄存器
74150
十六选一数据选择器
3
74LS04
非门
PROBE
彩灯
4
XFG2
脉冲发生器
1.同步二进制计数器74LS163
输?
?
入
出
CP
EP
ET
Q
↑
×
全“L”
预置数据
计数
保持
根据逻辑图、波形图、功能表分析,74LS163具有如下功能:
表二7-374LS163功能表
管脚图逻辑符号
1)1是同步4位二进制加法计数器,M=16,CP上升沿触发
2)2既可同步清除,也可异步清除。
同步清除时,清除信号的低电平将在下一个CP上升沿配合下把四个触发器的输出置为低电平。
异步清除时,直接用清除信号的低电平把四个触发器的输出置为低电平。
3)3同步预置方式:
当LD=0时,在CP作用下,计数器可并行打入预置数据.当LD=1时,使能输入PT同时为高电平,在CP作用下,进行正常计数。
4)PT任一为低时,计数器处于保持状态。
5)5CO为进位输出,可用来级联成n位同步计数器。
2.四位双向移位寄存器74LS194
74LS194内部原理图
74LS194四位双向移位寄存器具有左移、右移、并行数据输入、保持、清除功能。
1)从图1中74LS194的图形符号和引脚图分析。
SRG4是4位移位寄存器符号,D0~D3并行数据输入端、DSL左移串行数据输入端、DSR右移串行数据输入端、SA(M0)和SB(M1)(即9脚和10脚)工作方式控制端分别接电平开关,置1或置0,CP时钟输入端接正向单次脉冲,清零端
接负向单次脉冲,Q0~Q3输出端。
表三逻辑符号逻辑框图
3.十六选一数据选择其74150
74150内部原理图
74150逻辑功能表
D
C
B
A
Strobe
W
X
E0
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
E9
E10
E11
E12
E13
E14
E15
逻辑框图逻辑符号
十六选一的数据选择器74150并行输入D0~D15十六个数据,当选择输入A3A2A1A0的二进制数码依次由0000递增至1111,即其最小项由m0逐次变到m15时,16个通道的数据便依次传送到输出端,转换成串行数据。
4非门74LS04
仔细观察一下图中给出的三极管开关电路即可发现,当输入为高电平时输出等于低电平,而输入为低电平时输出等于高电平。
因此输出与输入的电平之间是反向关系,它实际上就是一个非门。
(亦称反向器)。
当输入信号为高电平时,应保证三极管工作在深度饱和状态,以使输出电平接近于零。
为此,电路参数的配合必须合适,保证提供给三极的基极电流大于深度饱和的基极电流。
设计电路所用的芯片是74LS04,如下图所示:
图(12)74LS04的内部结构图
图(13)三极管非门74LS04的逻辑框图
功能表如下图:
表六非门功能表
图(14)74LS04的逻辑符号
逻辑函数式Y=A
四、功能模块
在设计单元电路和选择元器件时,尽量选用同类型的元器件,如所有功能的部件都采用TTL集成电路,整个系统所用的元器件种类尽可能少。
下面介绍各单元电路的设计。
1.脉冲发生
由脉冲发生器发出频率为1HZ,幅度为5V的连续脉冲信号,输入74LS163同步二进制计数器,利用74LS加法计数功能输出0000~1111的脉冲信号。
2.信号控制
由74LS163输出的0000~1111的脉冲信号输入3片十六选一数据选择器74150,
当输入信号为0000~0011时,第一片和第二片74150输出信号为0,经过74LS04非门变为高电平,第三片74150输出信号为1,经过74LS04非门变为低电平。
当输入信号为0100~0111时,第一片和第三片74150输出信号为0,经过74LS04非门变为高电平,第二片74150输出信号为1,经过74LS04非门变为低电平。
当输入信号为1000~1111时,第二片和第三片74150输出信号为0,经过74LS04非门变为高电平,第一片74150输出信号为0/1不断交换。
3.彩灯控制
三片74150的输出端分别接四位双向移位寄存器74LS194的CLR端S0端和S1端。
当计数器输出信号为0000~0011时,CLR端和S0端输入为高电平,S1端输入为低电平,彩灯从左向右依次点亮,时间间隔为1秒。
当计数器输出信号为0100~0111时,CLR端和S1端输入为高电平,S0端输入为低电平,彩灯从右向左依次熄灭,时间间隔为1秒。
当计数器输出信号为1000~1111时,S0端和S1端输入为高电平,CLR端输入为高/低电平交替,四盏彩灯同时点亮火熄灭,时间间隔为一秒。
五、总体设计电路图
(1)总电路说明:
图中由脉冲发生器输出1HZ脉冲,输出端接到计数器74LS163的CLK端,通过74LS163的计数功能,发出0000~1111的信号,计数器的四个输出端Q0Q1Q2Q3分别加在十六选一数据选择器74150的ABCD端,第一片74150的输出端加非门后接在74LS194的CLR端,第二片74150的输出端加非门后接在74LS194的S0端,第三片数据选择器的输出端加非门后接在74LS194的S1端,使彩灯按照设计要求变化。
(2)Multisim仿真结果
用Multisim对总电路进行仿真,仿真开始后,彩灯依时间顺序按设计要求变亮或熄灭。
这一点也可以从电路图仿真结果中得到验证。
(3)总电路的硬件实现
各模块的功能已经在功能模块中得到了硬件实现,并验证正确,将各模块连接起来,打开电源开关,四个发光二极管从左向右逐次渐亮又从右向左逐次渐灭,之后同时变亮又变灭,重复四次,时间间隔为1秒,从而总电路得到验证。
六、课程设计总结
通过两个星期的努力,终于完成了这次课程设计。
在此次课程设计实验中,我学会了寄存器的使用方法,熟悉了寄存器的一般应用,基本掌握了数字系统设计和调试的方法。
在这个数字电路中我们可以观测到,当输入“16”个脉冲以后,输出数据回到起始值,16个脉冲一循环,因此,可以把该电路作为一个“16”进制的计数器。
通过本课程设计我基本掌握了数字系统的仿真与设计方法。
使我认识到在实际电路的连接时,要注意每一个引脚的接法。
由于实物的连接和电路仿真软件有差别,要经过多次调试才能实现其功能的演示。
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- 关 键 词:
- 彩灯 控制器 课程设计