彩灯循环显示控制电路设计

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：信息工程学院

题目: 彩灯循环显示控制电路设计

初始条件：

74LS160计数器、74HC390计数器、74HC139译码管、脉冲发生器、数码管和必要的门电路，可以选用其他的计数器和集成电路，但必须给出原理说明

要求完成的主要任务:

以LED数码管作为控制器的显示元件，它能自动地依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列......如此周而复始，不断循环。

设计要求

①打开电源时，控制器可自动清零。

②每个数字的一次显示时间基本相等，这个时间在0.5s到2s范围内连续可调。

③确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，画

出总体电路原理图，阐述基本原理。

④用EWB软件或者multisim软件或者Quartus软件完成仿真。

指导教师签名： 2008 年 6月 2日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

摘要 (1)

1主要任务 (2)

2技术要求 (2)

3基本组成方框图 (2)

4设计方案 (3)

4.1数列循环部分 (3)

4.2数列显示部分 (7)

4.3脉冲信号的产生 (8)

4.4方案的确定 (9)

5单元电路的设计及其原理 (9)

5.1数列循环电路的设计 (9)

5.2序列显示电路的设计 (10)

5.2.1十进制自然序列的显示电路 (10)

5.2.2奇数序列显示电路 (11)

5.2.3偶数序列显示电路 (11)

5.2.4音乐序列显示电路 (12)

5.3脉冲产生电路的设计 (13)

5.4二分频电路的设计 (14)

5.5总电路图的设计 (14)

6仿真结果 (16)

6.1脉冲产生电路的仿真 (16)

6.2二分频电路的仿真 (17)

7测试结果分析 (18)

8体会与心得 (19)

9元件清单 (20)

10参考文献 (21)

摘要

这次的课程设计主要是用计数器来实现的，这个彩灯循环控制电路的实质就是要产生一系列有规律的数列，然后通过一个七段数码管显示出来。这里使用的只要就是计数器，计数器在时序电路中应用的很广泛，它不仅可以用于对脉冲进行计数，还可用于分频，定时，产生节拍脉冲以及其他时序信号。运用计数器的不同的功能和不同的接发就可以实现不同的序列输出了。

而这次的内容还包括分电路图的整合，使这个彩灯循环显示器能够按照要求那个依次输出自然序列，奇数序列，偶数序列还有音乐序列。为了实现这个循环输出的功能，在设计的时候还用到了一个以为寄存器，可以利用它的输出端来控制四个计数器的工作情况，可以让四个计数器依次工作，就可以达到要求的依次循环输出数列。

最后还有一个部分就是脉冲的产生基于多谐振荡器可以产生方波，就可以利用它来产生脉冲信号了。而这个多谐振荡器采用的是555定时器来完成的。

这个设计基本上就是由以上三个部分连接在一起组成的。

彩灯循环显示控制电路设计

1主要任务

以LED数码管作为控制器的显示元件，它能自动地依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数序列，音乐符号序列......如此周而复始，不断循环。

2技术要求

①打开电源时，控制器可自动清零。

②每个数字的一次显示时间基本相等，这个时间在0.5s到2s范围内连续可调。

3基本组成方框图

图1 基本方框图

4设计方案

4.1数列循环部分

方案一

设计数列的循环有很多种方法，这个方案就是利用移位寄存器将串行数据右移和左移的特点来设计的。电路图如图2

图2 用74LS940构成的循环电路原理图

这个电路图实现循环主要是依靠74LS194的移位功能来完成的。先让开关J1拨至与电源相接，就是接入高电平，这样移位寄存器有了脉冲信号之后就可以实现置数的功能，四个输出端为1000，再将开关J1拨至与地相接也就是接入低电平，这时寄存器就可以实现移位的操作了，然后通过脉冲信号的触发下，寄存器的输出就可以从1000→0100→0010→0001，这样依次循环了。然后四个输出端用来控制计数器的信号控制端就可以控制序列输出了。

循环电路的设计采用74LS194移位寄存器，通过74LS194移位寄存器的四个输出端子分别控制四个计数器工作，74LS194的功能表如表1，引脚图如图3

表1 74LS194的功能表

图3 74LS194的引脚图

方案二

要让四个数列依次循环则采用一个2线--4线译码器和一个四进制计数器。用译码器的输出依次去控制芯片清零端，在通过一个四进制计数器去控制译码器输入，使其在四个输出间不断循环，而计数器的时钟脉冲则可通过每个芯片的进位端经过一四输入或门输出来控制。其电路图如图4

图4用译码器实现的循环电路

这个部分主要用到的是芯片74HC390计数器和74HC139译码管，它们的功能表和引脚图分别如下图和表所示。

表2 74HC390的功能表

表3 74HC139的功能表

图5 74HC390的引脚图图6 74HC139的引脚图

这两种方案都可以实现数列的循环，第一种方案需要拨动开关，而第二种就不需要可以自动依次产生数列。另外第一种开关使其依次产生序列还需要一个脉冲控制，而在设计总体的电路的时候四个计数器也需要有脉冲信号的触发，这样的话就要多设计一个方波脉冲的产生电路，另外还要与计数器的脉冲信号匹配，因为74LS194的移位是要一个计数器的全部数列产生完后才下一个脉冲，这样不是很好与计数器的脉冲频率想匹配。但是第二个方案就很好的解决了这个问题，这个方案的数列循环部分就是依靠芯片74HC390和74HC139也就是一个计数器还有一个译码器来实现的。74HC390的脉冲信号是由计数器的进位端来