太原理工大学数电逻辑课程设计

太原理工大学现代科技学院

数字电路逻辑设计课程 实验报告

专业班级 学 号 姓 名 指导教师 张博

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太原理工大学现代科技学院

课程设计四路彩灯显示系统

一、设计目的

⑴熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。

⑵掌握计数、译码器的工作原理及应用。

⑶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4路彩灯控制器，要求：

开机后可自动从初始状态按规定程序进行循环演示。

⑴开机后可自动从初始状态按规定程序进行循环演示。

⑵彩灯花形又3个节拍组成。

第一节拍：逐次渐亮，灯亮时间1S，共用4S。

第二节拍；4路彩灯按逆序渐灭，也需4S。

第三节拍；4路彩灯同时亮0.5S，然后同时变暗0.5S，要进行4次，所需时间也为4S，3个节拍完成一个循环。

⑶彩灯用发光二级管（LED）模拟。

三、设计仪器与器件

⑴数字电路实验箱。

⑵器件：74LS04、74LS08、74LS10、74LS32(两片)、74LS161、74LS194

分析以上设计任务，该控制系统完成如图1所示的控制流程，系统结构框图如图2所示。

图1：四路彩灯控制流程图

图2：四路彩灯控制系统结构框图

（1）74LS161的功能表

74LS194的功能表

（2）根据电路图

根据74LS161的功能表310Q Q Q LD ∙∙= 所以只要1=LD ，则芯片一直运行记数功能，132M Q Q =+，10M M = ，所以01=M 时，10=M 实现右移，10=Q 当11=M 时，00=M ，实现左移，03=Q

设161的输出分别为，0Q 1Q 2Q 3Q ，194的输出分别为A Q B Q C Q D Q

输出：n n A n A Q CP Q Q 31∙↑+=+，n n B n B Q CP Q Q 3

1∙↑+=+ n n C n C Q CP Q Q 31∙↑+=+，n

n D n D Q CP Q Q 3

1∙↑+=+ 3Q 为1时，与CP 脉冲经过与门，随着CP 脉冲的变换，与门输出结果发生变

换，8种情况，即明暗各变换4次。 （3）根据以上分析，得到状态转移图

六、设计分析

四路彩灯既有四路输出，设依次为d Q 、c Q 、b Q 、a Q ，若“1”表示灯亮，

“0”表示灯灭，由课题要求可知四路彩灯显示系统要求如下表1所示的输出显示。

表1 四路彩灯输出显示

由上表可知，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。

四路彩灯显示系统的工作过程如下表2所示。74161的输出为0123Q QQ Q ；74194的输出为A B C D Q Q Q Q ；四路彩灯的输出为a b c d Q Q Q Q 。74194的工作方式控

制端132M Q Q =+，032M Q Q =+。在第一节拍中，1001M M =，74194实现右移功能，即在时钟脉冲作用下，把1SR D =逐次移进；在第二节拍中，1010M M =，74194实现左移功能，即在时钟脉冲作用下，把0SR D =逐次反方向移进。由于前两个节拍中30Q =，门G 关闭，输出为0，因此四路彩灯的输出a b c d A B C D Q Q Q Q Q Q Q Q =。

在第三节拍中，1010M M =，74194仍然左移，A B C D Q Q Q Q 一直保持为0000。此时31Q =，门G 打开，时钟脉冲CP 同时加到四个输出端

a b c d Q Q Q Q ，由于CP 是1Hz 秒脉冲，在1s 时间内高电平和低电平持续时间均

为0.5s ，因此a b c d Q Q Q Q 实现同时亮0.5s 、同时灭0.5s ，在4s 内共进行4次。第三节拍结束后返回第一节拍，如此反复，实现四路彩灯循环显示。

表2 四路彩灯工作过程

（注：时钟由第三节拍的1011返回到第一节拍的0000循环进行）

七、设计方案电路图

下图为四路彩灯显示的一种简易实现电路。

图3：四路彩灯显示系统的一种实现电路

八、在EWB环境下仿真

根据设计的电路图，进行仿真实验，仿真时用74LS160代替74LS161 如图分别为在7.00s和11.00s时的截图

7.00s时

11.00s时

九、实际电路的连接和调试

按照仿真的电路图和上面芯片的引脚图在面包板上连好线路，经检查无误后，接通电源可看到四个二极管都亮，拔动开关，调好脉冲，观察二极管的变化，可以看到电路和仿真的一样。

实物电路图为：

十、设计总结

通过这次实验熟悉了常用中规模计数器的逻辑功能并且掌握计数、译码器的工作原理及应用还熟悉移位寄存器的工作原理、典型应用和调试方法，使我学到了很多书本上学不到的东西，并且学会了在处理一些事情的时候要注意细心，是我受益匪浅。