彩灯控制器

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电子技术课程设计

——彩灯控制器

学院:电子信息工程学院

2008年12月

彩灯控制

要求:

1.有十只LED,L0……L9

2.显示方式:

①先奇数灯依次灭

②再偶数灯依次灭

③再由L0到L9依次灭

3.显示间隔0.5S,1S可调。

二.总体框图

555定时器(二分频器)→23进制计数器(由74LS161构成)→五线——32

线译码器(由74154构成)→或非门(还有与非门和非门)→小灯

设计方案

从课程设计要求来看,要求实现彩灯的23种状态,所以,可以用一个23进制的计数器,从0到22来控制这23种状态。

再画出这23种状态和计数器数字对应的状态图,计算出逻辑式,便可实现彩灯的控制。由于变量过多,逻辑式的化简比较困难,所以我们使用了译码器来得到最小项,直接用最小项进行连接。

题目要求实现频率的选择,可以使用了74161进行分频,从实验箱得到8Hz的脉冲信号,经分频得到2Hz和1Hz的信号,然后用数据选择器进行选择。也可使用555定时器先产生周期为0.5S的波形,然后再用二分频器产生周期为1.0S的波形。我选用第二种方法实现频率的选择。

三.器件选择

一.555定时器

555定时器功能表见表1,其中4脚RD,为复位端,当RD为低电平时,不管其他输人端的状态如何,输出Uo为低电平。只有当RD为高电平时,输出的状态将由2脚低电平触发端和6脚高电平触发端电压的大小来决定,因此,在正常工作时,应将4脚接高电平。

当uil<(2/3)Vcc,ui2<(1/3)Vcc时,放电晶体管VT截止,输出端仍。为高电平。

图1 555定时器内部结构及逻辑符号

当uil>(2/3)Vcc,ui2>(1/3)Vcc时,放电晶体管VT导通,输出端uo为低电平。

当uil<(2/3)Vcc,ui2>(1/3)Vcc时,电路亦保持原状态不变。如果在电压控制端(5脚)施加一个外加电压(其值在0~Vcc之间),比较器的参考电压将发生变化,电路相应的阈值、触发电平也将随之变化,进而影响电路的工作状态。

表1 555 定时器功能表

二.74ls161(十六进制计数器)

电路如图所示

(1) 由电路写出驱动方程 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⋅+⋅==⋅+⋅⋅⋅=+⋅⋅⋅=⋅⋅==)()()(3122431223121ET EP LD A LD Q Q K ET EP LD A LD LD Q LD A LD LD Q Q LD Q Q J A A

(2) 功能分析

◎ 、当EP=ET=1、LD=1时:

J A =1,K A =1, 即为T 触发器,具有计数功能。

例:J D =K D =Q C Q B Q A 当Q C =Q B =Q A =1时,计数。

◎、当EP=ET=1、LD=0时:

D J Q A J Q K J A K A J D n D A n A A A ====≠⎭⎬⎫==++11, 时当 这称为置数功能。

◎、当EP(或ET)=0,LD=1时

000=⎭⎬⎫==T K J A A 即 即保持。

◎、当图中R D =0时

1=⎪⎭⎪⎬⎫⨯=⨯=⨯=+n Q ET EP LD 总有不论 即清零。

由此可得161的功能表

CP 的作用时刻:CP

C1为高电平;由于JK 触发器的>符号知,

要求C1为后沿,而对CP 有效。

(3) 由分析的结论A 的波形,同理可得Q B 、Q C 、Q D 、的波形

(4)从波形图可知功能

当清零之后,置数,再后计数。当计数到Q D Q C Q B Q A=1111之后,再有一个脉冲到来后Q D Q C Q B Q A=0000;同时RCO=1表示进位。这是一个M=16的加计数器,其功能表如上。

(三)74154(4线——16线译码器)

电路如图所示

G1,G2低电频有效,输出以低电频有效。当G1或G2中有一个是高电频时,GI,G2经与非门输出低电频,所有的输出端被封锁在高电频,译码器被禁止。当门输出高电频时,译码器处于工作状态。

功能表如下图

译码器输出以低电频有效,Y0’——Y15’同时又是A.B.C.D这四个变量的全部最小项的译码输出。

(四)7410(三脚与非门)

逻辑图如下

这个与非门的逻辑功能是Y = (ABC)′。

(五)74LS04(非门)

逻辑图如下

74LS04是6非门(反相器)他的工作电压5V,他的内部含有6个coms反相器,74LS04的作用就是反相把1变成0,把0变为以1。

(六)7474(双D触发器)

7474是常用的双D中规模集成电路触发器芯片,每片芯片中包含两个带复位. 置位端的上升沿触发的D触发器,其中电路引脚图和每个D触发器的功能真值表分别如下图

7474双D触发引脚图

7474每个D触发器的功能表

上升沿时刻触发,当R D′=0,SD′=1时,触发器被置0;当R D′=1,SD′=0时,触发器被置1;

当R D′=0,SD′=0时,触发器被置1;R D′SD′听同时为1时,触发器在CP 上升沿时刻根据输入信号D来确定状态。

四.功能模块

模块一,23进制计数器

使用2块74161扩展成为23进制计数器,采用并行进位方式、整体置数。因为计数器需要23种状态(00000-10110),所以,我先用两片74161连接成256(16×16)进制计数器,然后在输出为10110(22)时,用与非门来控制两计数器的LDN端清零。同时清零信号可作为进位信号输出。每次计数器输出22时,CO端输出高电平。

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