四路彩灯显示系统设计.docx
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四路彩灯显示系统设计
课程名称:
数字电路逻辑设计
设计项目:
四路彩灯显示系统设计
专业班级:
诵信学号:
学生姓名:
同组人姓名:
指导教师:
设计课题:
设计目的
四路彩灯显示系统设计
1、熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。
2、掌握技术、译码电路的工作原理及应用。
3、熟悉移位寄存器的工作原理、典型应用和调试方法。
二、设计任务与要求
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。
三、设计原理
图(a)四路彩灯控制流程图
四路彩灯即有四路发光二极管输出,设依次为Qd、Qc、Qb、Qa,若用高电平“1”表
示灯亮,低电平“0”表示灯灭,由课程设计要求可知四路彩灯显示系统有如下表所示的输出
四路彩灯输出显示
说明
输出
所用时间
Qd
Qc
QbQa
开机初态
0
0
0
0
1
0
0
0
1s
第一节拍
1
1
0
0
1s
逐次渐亮
1
1
1
0
1s
1
1
1
1
1s
1
1
1
0
1s
第二节拍
1
1
0
0
1s
逆序渐灭
1
0
0
0
1s
0
0
0
0
1s
1
1
1
1:
0.5s
0
0
0
0
0.5s
第三节拍
1
1
1
1
0.5s
同时亮0.5s,然
0
0
0
0
0.5s
后同时灭0.5s,进
1
1
1
1
0.5s
行四次
0
0
0
0
0.5s
1
1
1
1
0.5s
0
0
0
0
0.5s
移位计数器74LS194
说进制循环控制器
分析可知,要实现上表所示功能,需要一个分频器起节拍产生和控制作用,每4s—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。
影灯显示输出电路
分频及节拍控制可以用同步十六进制计数器74LS161实现模12分频及节拍控制;
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74LS194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。
四、设计实现
1、分频及节拍控制的实现
分频及节拍控制可以用同步十六进制计数器74LS161实现模12分频及节拍控制
-0
A-■■3■''C
D'
妙-QB-QC--QD
ENP
RCO
ENT•-
-LOAD-
-»-
-CLR--
j_2.
11
U3A
74LS10D
LED2
74LSOOD
-4Hz
5V51
74LS161D
VCC
12进制循环控制电路示意图
2、彩灯花样输出电路
记第一,二,三节拍分别为丫0丫"2有效时间应为4秒,丫0结束Y马上开始,丫1后丫2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,即丫"丫2节拍应为100,可控制输入信号使触发器置位、复位来实现。
为实现丫0功
能要求器件具有右移功能,为实现丫1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%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
运用到74LS194功能表
输入
输出
功能
CR
S1
S0
CP
SL
SR
D0
D1
D3
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
清零
1
1
1
T
X
X
d0
d1
d2
d3
d0
d1
d2
d3
送数
1
0
1
T
X
1
X
X
X
X
1
Q0
Q1
Q2
右移
1
1
0
0
X
X
X
X
X
Q1
Q2
Q3
0
左移
74LS194具有并行输入端AB、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So,S1以及一个无条件直接清除端CLR模式控制输入So,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。
为了使当丫"丫2=100时,SoS1=01(右移),Y0^Y2=010时,S0S|=10(左移),当丫0丫丫2=001时S0S|=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S0S的状态被确定下来,即丫0丫丫2=100时,=01右移串行数据输入端SR经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路,使四路彩灯从右到左依次亮共4秒,当丫0丫丫2=010=10
左移串行数据输入端SL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
彩灯从左到右依次灭共4秒,丫0丫丫2=001SoS1=11并行数据输入端A、BCD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。
2、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
74LS161实现模12分频及节拍控制,用4位双向移位寄存器74LS194实现彩灯的渐亮、渐灭功能。
aTAn
QbQ.凶
CP秒脉冲
四路彩灯显示系统的实现电路
四路彩灯显示系统的工作过程如下表所示。
74161的输出为QoQQzQ3;74194的输出为
QaQbQcQd;四路彩灯的输出为QaQbQQd。
74194的工作方式控制端M1二Q3•Q2,M。
二Q3^2。
在第一节拍中,ME。
丸1,74194实现右移功能,即在时钟脉冲作用下,把Dsr习逐次移进;在第二节拍中,ME。
二10,74194实现左移功能,即在时钟脉冲作用下,
把Dsr"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QQbQcQd二QaQbQcQd。
在第三节拍中,MlMo=10,74194仍然左移,QaQbQcQd—直保持为oooo。
此时Q3",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o.5s,因此QaQbQcQd实现同时亮o.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。
四路彩灯工作过程
说明
秒脉冲
74LS161
74LS194
彩灯输出
Q3
Q2
Q
1Qo
M1
Mo
Qa
Qb
QcQd
QaQt
QcQd
第
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
10
0
0
节
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
11
0
0
拍
0
0
1
0
0
1
1
1
1
0
11
1
0
0
01
1
0
1
1
1
1
1
11
1
1
第
0
1
0
0
1
0
1
1
1
0
11
1
0
节
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
11
0
0
拍
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
10
0
0
0
11
1
1
0
0
0
0
0
00
0
0
第
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
节
10
0
1
1
0
0
0
0
0
拍
10
1
0
1
0
0
0
0
0
1Hzt
时
钟CP
10
1
1
1
0
0
0
0
0
注:
时钟由第三节拍的1011返回到第一节拍的0000循环进行
五、Multisim仿真
:
:
R1:
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:
r-WV—
跨(I:
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LEDT
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MT
初始状态
0~1S
4~5S
8~8.5S
EED1
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LEDt
8JQA-・・g
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er
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;「74LS00D
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1~2S
2~3S
U12A
74LSOOD
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U3A:
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ZiLSIQD
3~4S
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LED1
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LED1
8.5~9S
9~9.5S
L.ED1;:
-
E
7~8S
LED1
9.5~10S
LEDt
LED1
LED1
10~10.5S10.5~11S
11~11.5S11.5~12S
六、组装与调试
实验仪器:
数字电路试验箱
导线若干条
74LS00一个,74LS32两个,74LS161—个,74LS194—个,74LS10一个
按照仿真的电路图和上面芯片的引脚图在数字电路试验箱上连好线路,调好秒脉冲
为1Hz经检查无误后,接通电源可看到二极管输出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,则实验任务完成。
七、实验结论及心得
通过本学期对数字电路逻辑设计一书的学习,结合自身所学知识和上网查资料完成
了本次四路彩灯显示系统的
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