四路彩灯显示系统逻辑电路设计

数字逻辑综合性实验设计报告

课程名称数字逻辑实验

题目名称四路彩灯显示系统逻辑电路设计

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学号

学生姓名

同组班级

同组学号

同组姓名

指导教师武俊鹏、孟昭林、刘书勇、赵国冬

2013年06 月

摘要

四路彩灯常见于节庆场合，按照某种规则点亮或者闪烁彩灯，本次数字逻辑电路设计实验主要完成四路彩灯的控制流程，控制流程如下：

1)第一路彩灯先点亮，然后依次点亮第二路、第三路、第四路；

2)第四路先灭，然后第三路、第二路、第一路依次灭；

3)四路彩灯均亮0.5s灭0.5s，共四次；

4)从1)开始循环。

本次实验采用中小规模集成电路进行彩灯显示系统的设计，具体使用74LS161作为循环控制电路，74LS194控制彩灯花型显示，并用若干基本与门、非门、与非门等芯片基本逻辑电路。

关键词：四路彩灯；计数器；移位寄存器；中小规模集成电路；

目录

目录

1 需求分析............................................................................................ - 3 -

1.1基本功能要求 ........................................................................ - 3 -

1.2创新拓展功能 ........................................................................ - 3 -

1.3设计原理 ................................................................................ - 3 -

2.1 系统逻辑结构设计 ................................................................. - 5 -

2.1.1 循环控制电路 ................................................................. - 5 -

2.1.2 四路彩灯状态显示 ......................................................... - 7 -

2.2 系统物理结构设计 ............................................................... - 10 -

2.2.1 循环控制电路物理结构 ............................................... - 10 -

2.2.2 状态显示电路物理结构 ............................................... - 11 -

2.2.3 完整系统电路物理结构 ............................................. - 12 -

3 系统实现.......................................................................................... - 13 -

3.1 系统实现过程 ....................................................................... - 13 -

3.2 系统测试 ............................................................................... - 13 -

3.3 系统最终电路图 ................................................................... - 14 -

3.4系统团队分工 ........................................................................ - 15 -

4 总结.................................................................................................. - 16 -参考文献.............................................................................................. - 17 -

1 需求分析

1.1基本功能要求

用小规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统的要求如下：

1)开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。

2)程序由三个节拍组成：

a)第一节拍时，四路输出Q1~Q4依次为1，使第一路彩灯先点亮，

接着第二路、第三路、第四路彩灯依次点亮；

b)第二节拍时，Q4~Q1依次为0，使第四路先灭，然后第三路、第二

路、第一路彩灯依次灭；

c)第三节拍时，Q1~Q4输出同时为1态0.5s，然后同时为0态0.5s，

使四路彩灯同时点亮0.5s，然后同时灭0.5s，共进行4次。

每个节拍费事为4s，执行一次程序共需12s。

3)用发光二极管显示彩灯系统的各节拍。

1.2创新拓展功能

对四路彩灯所在扩展如下：

1)增加暂停功能，即在四路彩灯显示系统工作时，可从任意状态暂停，

之后可以恢复暂停时的状态，并继续工作；

2)增加数字显示，用两位十进制数00~11随着彩灯的变化显示12个状

态。

1.3设计原理

为保证四路彩灯系统开机后可从初始状态按规定程序进行循环演示，循环控制电路可用74LS161和74LS20实现。彩灯花型显示分为3个节拍，彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现。彩灯有亮、灭两个状态，此外，还需要设计时钟脉冲产生电路、循环控制电路和彩灯花样输出电路。

由设计要求出发可知彩灯的3个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现1右移、0左移、送数和通过控制CLR控制清零。第一节拍为

1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。

由于程序循环一次要12s，故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1s内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，

而且要以相同频率控制CLR。可以用一个十六进制计数器产生脉冲信号，一路送