四路彩灯显示系统

课 程 设 计

课程名称 数字电子技术课程设计 课题名称 四路彩灯显示系统 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气 学 号 姓 名 指导教师

2010 年 1 月 10日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称：数字电子技术

题目：四路彩灯显示系统

专业班级：电气

学生姓名：

学生学号：10

指导老师：

审批：

任务书下达日期年月日

设计完成日期年月日

一、设计任务

用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，要求如下：

1、开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环

显示。

2、程序由三个节拍组成：

第一节拍时，四路输出Q1～Q4依次为1，使第一路彩灯先点亮，接着第二，第三，第四路彩灯点亮。第二节拍时，Q4～Q1依次为0，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。第三节拍时，Q1～Q4输出同时为1态0.5秒，然后同时为0态0.5秒，使四路彩灯同时点亮0.5秒然后同时灭0.5秒，共进行4次。每个节拍费时都为4秒，执行一次程序共需12秒

3、用发光二极管显示彩灯系统的各节拍；

4、功能扩展（自选）

二、设计要求

1、设计思路清晰，给出整体设计框图；

2、设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；

3、总电路设计；

4、计算机仿真

5、安装调试电路；

6、写出设计报告；

三、设计总思路

根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。

1、基本原理

由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。由于程序循环一次要12秒，故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频率控制CLR’。可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。

2、框图

四、单元电路设计

1、时钟脉冲产生电路

用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:

T=0.7(R1+2R2)C………………………(1-1) 控制74LS161模十六计数器电阻值和电容值可设为：

R1=1KΩ， R2=20KΩ， C=0.01μF

由公式（1-1）计算得：T=0.287S

IRT UAL

图２.１时钟电路

2、具体实现

74LS161

用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,控制74LS161模十六计数器，74LS161A输出2倍T的脉冲信号；B输出4倍T的脉冲信号，大约为1S。

3、循环控制电路

12进制循环控制电路示意图(74LS161由74163代替)

4、具体实现：

如果模N计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，那么N 是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CR’，将计数器清零。此处工作状态从0000~1011，检测1100（异步清零）。

五、彩灯花样输出电路

1、运用到74LS194功能表

输入输出功

能/C

R

S1 S0 CP SL SR D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3

0 ×××××××××0 0 0 0 清

零

1 1 1 ↑××d0 d1 d

2 d

3 d0 d1 d2 d3 送

数

1 0 1 ↑× 1 ×××× 1 Q0

n Q1

n

Q2

n

右

移

1 1 0 ↑0 ×××××Q1

n Q2

n

Q3

n

0 左

移

2、通过12进制计数器的输出端的C、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表

由上表由：

Ｓ０＝ＱＣ＇

Ｓ１＝ＱＤ＋ＱＣ

CLR＇＝（ＱＤ*A+QD＇）

进一步分析可知７４ＬＳ１９４脉冲控制：

ＣＬＫ＝（ＱＤ*A+QD＇）*ＱＤ+B

3、彩灯花样输出电路接线图

六总电路设计

七、实验、调试及测试结果分析

结果的调试及分析

（1）调试使用的主要仪器: 数字万用表直流稳压电源示波器函数信号发生器

（2）测试电路的方法和技巧:

先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。

调试中出现的故障、原因及排除方法：

（1）彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：

可能是移位计数器的S0，S1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。还可能是12进制循环控制计数器没正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。特别注意不能把非门的输入与输出接反了。

（2）彩灯无规律变化：

原因可能是12进制循环控制电路不能产生符合要求的控制码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即Q A、Q B、Q C、Q D是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与非门74LS２０和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。

（3）彩灯的四种花样都有，但一次循环结束到另一次循环开始中间有段时间彩灯不亮：

原因可能是控制循环的１２进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于１２进制，导致有放空时间。应该检查７４ＬＳ２０是否正常工作，确保能实现１２进制计数。