闪光灯逻辑控制电路的设计与制作(精)

课题四闪光灯逻辑控制电路的设计与制作

闪光灯逻辑控制电路是电子游戏、广告制作、舞台演出中最常用的逻辑控制电路,和前三个课题不同的是电路采用纯数字电路器件来实现。数字电路能用的器件有通用的中,小规模集成电路和专用的数字集成电路两种,器件的选择余地更大,设计方案较多。数字电路的设计思路与模拟电路有着根本的差别,而且只要电路逻辑设计正确,调试的工作量较小。希望通过本课题的设计与制作,使初学者能熟悉数字电路的一般设计方法。

1.设计内容和要求

设计并制作一个闪光灯控制逻辑电路,设计要求:

①红(R、黄(A、绿(G三种颜色的闪光灯在时钟信号作用下按表3—5规定的逻辑顺序转换。表中“1”表示灯亮,“0”表示灯灭。要求电路能自启动。

②状态转换时间间隔为0.5s,设计并制作一个CP脉冲源。

表3-5闪光灯转换顺序表

2. 设计方案的选择

(1逻辑分析

三个闪光灯R、A、G作为三个输出变量,灯亮为“1”,灯灭为“0”,在时钟CP的作用下,共8个状态,其状态转换图如图3-4-1所示。

图3-4-1状态转换图

由状态转换图可知,本电路可以自启动。

设计思路:能否用一个八进制计数器,再设计一个状态转换电路,将计数器的8个输出状态依次转化为灯光控制电路的规定状态,状态转换的真值表如表3-6所示。

表3-6状态转换真值表

由真值表可得输出变量的函数表达式为 R=01

2012012Q Q Q Q Q Q Q Q Q ++ A=012012012Q Q Q Q Q Q Q Q Q ++

G=012012012Q Q Q Q Q Q Q Q Q ++ (2 设计方案的比较与选择

由上分析,,本课题总的设计方案是先设计一个八进制同步加法计数器为闪光灯逻辑控制电路提供输入变量,再设计一个状态转换电路保证闪光灯按规定顺序工作。八进制计数器根据器件来源,可以选用三片小规模集成触发器如D 触发器,JK 触发器等,也可采用中规模集成计数器如74LS160,74LS161等构成,转换电路的设计方案更多,可采用门电路,也可采用数据选择器,3线8线译码器,甚至只读存储器ROM 来实现。不同的器件对逻辑函数

的处理方式不同。本课题首先确定八进制计数器由十进制同步加法计数器

74LS160来实现,只是转换电路选用不同的器件,介绍三种设计方案供选择比较。

3.单元电路的设计

(1八进制计数器的设计

图3-4-2电路的状态转换图

图3-4-2用74LS160接成八进制计数器

电路如图3-4-2所示,采用预置数法,令D0D1D2D3均为零,当计数器输出端

Q3Q2Q1Q0=0111时LD=0,再来一个CP的上升沿,计数器状态变为0000,实现八进制计数,其状态转换图如图3-4-3所示。由图可知,电路可以实现自启动。G1为3输入与非门,选用三3输入与非门74LS10,只用其中一组。74LS160的功能表如表3-7所示,各管脚排列见附录三之三。

74LS160的功能表

(2转换电路的设计

设计方案1:转换电路选用SSI (小规模集成电路由式3-4-1 经化简变换成与非——与非形式得:

R=012012012012012012Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q ∙∙=++

A=02010201Q Q Q Q Q Q Q Q ∙=+ G=0121201212Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q ∙=+

画出状态转换电路的逻辑图如图3-4-3所示。

图3-4-3 方案1的状态转换电路逻辑图

由上图知,该方案使用的与非门太多,除非片源只有与非门时才使用该方案。

设计方案2 :转换电路选用双4选1数据选择器74LS153

数据选择器74LS153片内由两个4选1数据选择器组成,以A 1、A 0作为地址代码,A 0、A 1的4种状态可选择4个数据中的一个。使能控制电路的工作状态,输出逻辑式为:

Y 1=[D 10(01A A +D 11(01A A +D 12(A 10A +D 13(A 1A 0]S 1 Y 2=[D 20(01A A +D 21(01A A +D 22(A 10A +D 23(A 1A 0]S 2

由上,令A 1为Q 1,A 0为Q 0, Y 1=R, Y 2=A ,G 端用另1片的Y 1。片(1D

10=Q 2、D 11=2Q 、D 12=0、D 13=Q 2、D 20=Q 2、D 21=D 23=0、D 22=1 片(2D 10=D 11=Q2、D 12=0、D13=2Q , 则逻辑表达式为:

R=Q 2(01Q Q +((0(01201012Q Q Q Q Q Q Q Q +⋅+ A=Q 2(01Q Q +0 .(01Q Q +1(Q10Q +001(Q Q ⋅ G=Q 2((0((0120102201Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q +⋅++

式(3-4-2中,0——接地,1——接+5V ,画出状态转换电路的逻辑图如图3-4-4所示。

图3-4-4方案2的逻辑电路图

图中74LS153的管脚图见附录三之三。

由图,由于采用了中规模集成电路,电路结构及连线比方案1要简单得多。

设计方案3:状态转换电路采用3线——8线译码器74LS138来完成

74LS138有3个输入变量端,正好对应红、黄、绿三种颜色的灯,输出有8个端口,将三个输入变量的全部最小项译码输出,根据式(3-4-1的逻辑关系进行适当的组合。由式(3-4-1:

74

17410120

12012m m m m m m Q Q Q Q Q Q Q Q Q R ⋅⋅=++=++= 6

4

2

6420

120

120

12m

m

m

m m m Q

Q Q Q

Q Q Q

Q Q A ⋅⋅=++=++=

54

35430120

12012m m

m m m m Q Q Q Q