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：通信学号：

学生姓名：

同组人姓名：

指导教师：

设计课题：四路彩灯显示系统设计

一、 设计目的

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d Q 、c Q 、b Q 、a Q ，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

显示。

四路彩灯输出显示

说明

输出

所用时间d

Q

c

Q

b

Q

a

Q

开机初态0 0 0 0

第一节拍逐次渐亮1 0 0 0

1 1 0 0

1 1 1 0

1 1 1 1

1s

1s

1s

1s

第二节拍逆序渐灭1 1 1 0

1 1 0 0

1 0 0 0

0 0 0 0

1s

1s

1s

1s

第三节拍同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次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

0.5s

0.5s

0.5s

0.5s

0.5s

0.5s

0.5s

0.5s

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。

12

进

2、彩灯花样输出电路

记第一，二，三节拍分别为012Y YY

有效时间应为4秒，0Y 结束1Y 马上开始，1Y 后2Y 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012Y YY

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0Y 功能要求器件具有右移功能，为实现1Y 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

2Y 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 ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ 0 0 0 0 清零 1 1 1 ↑ ╳ ╳ d0 d1 d2 d3 d0 d1 d2 d3 送数 1 0 1 ↑ ╳ 1 ╳ ╳ ╳ ╳ 1 Q0 Q1 Q2 右移 1

1 0

↑

╳

╳

╳

╳

╳

Q1

Q2

Q3

左移

74LS194具有并行输入端A 、B 、C 、D ，并行输出端A Q 、B Q 、C Q 、D Q ，右移输入端SR ，左移输入端SL 和模式控制输入端0S ，1S 以及一个无条件直接清除端CLR 。模式控制输入0S ，1S 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012Y YY =100时，01S S =01（右移），

012Y YY =010时，01S S =10（左移），当012Y YY

=001时01S S =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01S S 的状态被确定下来，

即 012Y YY

=100时，01S S =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012Y YY

=010 01S S =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，012Y YY

=001 01S S =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。

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。