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

学生姓名：

同组人姓名：

指导教师：

学号：

设计课题：四路彩灯显示系统设计

一、 设计目的

1、

2、

3、

熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。

掌握技术、译码电路的工作原理及应用。

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 、 、 、 ，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。

Q Q Q Q

d c b a

说明

输出

所用时间Q d Q c Q b Q a

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。

Y2

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有效时间应为4秒，结束马上开始，后马上开始，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

Y Y Y Y Y Y

0 1 2011

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 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 Y 0 功能要求器件具有右移功能，为实现 Y 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 Y 2

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

74LS194 具有并行输入端 A 、B 、C 、D ，并行输出端

Q A Q B Q C Q D

，右移输入

端 SR ，左移输入端 SL 和模式控制输入端 ， 以及一个无条件直接清除端 CLR 。模式控 制输入 ， 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 =100 时，

S 0 S 1

=01（右移），

Y 0Y 1Y 2 =010 时， S 0 S 1 =10（左移），当 Y 0Y 1Y 2 S 0 S 1

=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

S 0 S 1

的状态被确定下

来，即

Y 0Y 1Y 2

=100 时，

S 0 S 1

=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 =010

S 0 S 1

Y Y Y

0 1 2 、 、 、 S S

0 1 S S

0 1 Y Y Y

0 1 2 =001 时 Y Y Y

0 1 2