四路彩灯显示系统设计
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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:通信学号:
学生姓名:
同组人姓名:
指导教师:
设计课题:四路彩灯显示系统设计
一、 设计目的
1、 熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。
2、 掌握技术、译码电路的工作原理及应用。
3、 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
d
Q 、
c
Q 、
b
Q 、
a
Q ,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。
四路彩灯输出显示
说明
输出
所用时间d
Q
c
Q
b
Q
a
Q
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。
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
012
Y Y Y 有效时间应为4秒,0Y
结束1Y 马上开始,1Y 后2Y 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
012
Y Y Y 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 功
能要求器件具有右移功能,为实现1Y
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
2
Y 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A
Q 、B
Q 、C
Q 、D
Q ,右移输入
端SR ,左移输入端SL 和模式控制输入端0
S ,
1
S 以及一个无条件直接清除端CLR 。模式控
制输入
S ,
1
S 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012
Y Y Y =100时,01S S =01(右移),012Y Y Y
=010
时,
01
S S =10(左移),当
012
Y Y Y =001时
01
S S =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01
S S 的状态被确定下来,
即
012
Y Y Y =100时,
01
S S =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012
Y Y Y =010
01
S S =10
左移串行数据输入端 SL 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