数字电路多路彩灯课程设计报告概要.docx

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数字电路多路彩灯课程设计报告概要

数字逻辑课程设计报告

——多路彩灯控制器

学院名称

：

计算机学院

学生姓名

：

冯佳新（24）

专业名称

：

计算机科学与技术

班级

：

计科1102

实习时间

：

2013年6月3日——2013年6月14日

一.实验目的

1.掌握数字电路课程所学的理论知识，学会将数电理论用于实际电路中去。

2.熟悉常用集成数字芯片，并掌握其基本原理，学会使用它们进行电路设计。

3.了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。

4.学会使用面包板测试设计好的逻辑电路，并使用万用表进行调试排错，提高动手操作能力。

5.培养独立完成电路的能力，初步学会自主设计、连接、调试数字电路。

6.培养认真严谨的学习习惯和实事求是的学习态度。

二.实验要求

1.彩灯控制器设计要求

设计一个8路移存型彩灯控制器，要求：

（1）.8路彩灯能演示三种花型（花型自拟）。

（2）.彩灯用发光二极管代替

（3）.选做：

实现快慢两种节拍的变换。

2.课程设计的总体要求

（1）．设计电路实现题目要求。

（2）．电路在功能相当的情况下设计越简单越好。

（3）.注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉。

（4）.注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。

（5）.每个单元电路先独立组装，独立测试，功能正确后，单元电路之间才

能互联。

（6）.所有发光二极管都要接限流电阻，阻值在100－500Ω之间。

（7）.所有器件的多余输入端不允许悬空，请按实际情况做合适的处理。

（8）.电路中的高电平正常情况下>3V，低电平正常情况下<0.4V。

介于二者之间的电平为非正常电平，会造成逻辑错误。

（9）．严禁带电插、拔元件及导线。

三.实验所需器材

器件

数量

器件

数量

555

1

面包板

1

74LS74

1

发光二极管

8

74LS161

2

74LS00

2

74LS194

2

74LS151

1

电阻100Ω

2

电容0.01μf

1

电阻4.7kΩ

1

电容4.7μf

1

电阻150kΩ

1

钳子

1

万用表

1

导线

若干

四.实验原理

利用555定时器产生周期为0.5秒的CP脉冲，再经过74LS74（双上升沿触发器）将其二分频产生1.0秒节拍，再用74LS151八选一数据选择器选择一种节拍，用74LS74和74LS151级联交替产生快慢节拍。

用两片74LS161级联控制74LS194实现不同的花型，并使用反馈清零法，再用两片74LS194控制8盏灯的明暗变化。

五.实验设计及电路图

1.时钟信号电路

有一片555加上适当电容及电阻实现。

电容取：

4.7μf0.01μf

电阻取：

150kΩ4.7kΩ

电路图如下：

2.节拍控制电路

使用74LS74（双上升沿触发器）将其二分频产生1.0s节拍，再用74LS151通过0或1控制输出端脉冲的频率交替输出这两种节拍，用74LS74和74LS151级联交替产生快慢节拍，其结构图如图所示：

Q是74LS74触发器的输出端,D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）,即就是比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。

令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。

令151的D0，D2，D3，D4，D5，D6，D7，B，C，^G，GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QF输出。

所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。

A端接的是161的高位片的QF即当到达第32拍时QF为1,接下来的32~64拍为变慢后的脉冲输出。

电路图如下：

3.花型控制电路

74LS161是四位二进制同步加法计数器，具有计数、异步清零、同步置数，保持等功能，其引脚图

其功能表如下图：

一片74LS161只能计数从0000~1111，但两片74LS161级联可以实现从0~255计数，因为64（32快拍加上32慢拍）>16，所以采用两片74LS161同步级联，64转换成二进制为01000000，所以用高位片的Q3（即QG）通过非门以后接到清零控制端。

当三种花型全新显示一遍后（总共32拍）,74LS161的输出变为00100000，所以将161高位片的Q2（即QF）信号输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。

161的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。

电路图如下：

4.花型演示电路

由二片移位寄存器194级联实现。

其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。

每个花型完整显示一遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总拍数为32，即0~7实现第一个花型，8~15实现第二种花型，16~31实现第三种花型。

三种花型变换样式

花型1：

8路灯分两半。

从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。

花型2：

从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。

花型3：

从左至右顺次渐亮，全亮后又从左至右渐灭。

移存器输出状态编码表

节拍序号

花型一

花型二

花型三

0

00000000

00000000

00000000

1

10001000

00011000

10000000

2

11001100

00111100

11000000

3

11101110

01111110

11100000

4

11111111

11111111

11110000

5

01110111

11100111

11111000

6

00110011

11000011

11111100

7

00010001

10000001

11111110

8

11111111

9

01111111

10

00111111

11

00011111

12

00001111

13

00000111

14

00000011

15

00000001

要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR节拍的变化进行相应的改变。

现将两片194分为低位片和高位片，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。

列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：

（用^Li表示Li的取非）

低位片

高位片

节拍控制信号

花型

SL

SR

S1

S0

SL

SR

S1

S0

QDQE（QA-QH）

1

X

^L8

0

1

X

^L8

0

1

00（00000000-11100000）

2

^L8

X

1

0

X

^L8

0

1

10（00010000-11110000）

3

X

^L8

0

1

X

L4

0

1

01（00001000-11101000）

X

^L8

0

1

X

L4

0

1

11（00011000-11111000）

根据真值表，画出其卡诺图如下：

194低位片：

QE

QD

0

1

0

X

X

1

^L8

X

QE

QD

0

1

0

^L8

^L8

1

X

^L8

SL=^L8SR=^L8

QE

QD

0

1

0

X

X

1

X

^L8

QE

QD

0

1

0

X

X

1

X

^L8

S1=QD*^QES0=^S1

194高位片：

QE

QD

0

1

0

X

X

1

X

X

QE

QD

0

1

0

^L8

L4

1

^L8

L4

QE

QD

0

1

0

0

0

1

0

0

SL=XSR=^L8*^QE+L4*QE

QE

QD

0

1

0

1

1

1

1

1

S0=1S1=0

由卡诺图可得控制结果表达式如下：

　　低位片

高位片

　SL=^L8

SL=X

　　SR=^L8

SR=^L8*^QE+L4*QE

　S1=QD*^QE

S1=0

S0=^S1

S0=1

电路图如下：

六.实验波形图

1．基本CP脉冲产生电路波形图与分频电路波形图

2.测试波形:

（每列依次为CP脉冲,低位片74LS194A,B,C,D,高位片74LS194A,B,C,D）

花型一：

花型二：

花型三：

六.实验问题及解决方法

问题:

74LS151芯片的功能不太清楚,导致老师提问问题时无法回答出，所以下来之后及时看书，终于弄清了其工作的真正原理。

原理：

74LS151是互补输出的八选一数据选择器，有三个地址端为C~A,从8个输入数据D0~D7中，选择一个需要的数据给输出端Y,G为使能端，低电平有效。

使能端^ST=1时，不论C~A状态如何，Y均无输出（Y=0，W=1），多路开关被禁止。

使能端^ST=0时，多路开关正常工作，根据地址端C，B，A的状态选择D0~D7中某一个通道的数据输出到端Y。

如：

CBA=000，则选择D0数据到输出端，即Y=D0

如：

CBA=001，则选择D1数据到输出端，即Y=D0WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

其功能表如下（^M表示M的非）：

输入

输出WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

数据选择

选通

Y

W

C

B

A

^ST

×

×

×

1

0

1

0WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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