数字电路设计霓虹灯

成绩：实践报告

课程名称：数字电路综合设计

实践名称：霓虹灯

姓名：

专业：计算机科学与技术

班级：

学号：

计算机科学与技术学院

2017 年12 月21 日

哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院

实践项目名称：霓虹灯

一、实践目的

（1）掌握霓虹灯的原理。

（2）运用数字电路设计出自己想要的图案

（3）加强数学设计电路的能力。

二、实践内容

现有4只彩灯，红－绿－蓝－黄，运用所学的模拟电路和数字电路等知识，试设计控制器，要求彩灯能实现如下追逐图案，彩灯控制器的三种图案及其状态转换如下所示：摇摆状态0101←→1010，重复6次；暗点循环0111→1011→1101→1110→0111→这样重复循环3次；逐个点亮，逐个熄灭，0000→1000→1100→1110→1111→0111→0011→0001→0000→这样重复循环2次；霓虹灯控制工作状态按照上述2至4步自动重复循环。时间间隔为1秒。

三、实践原理及接线

首先，先分别设计出各个图案转换的方案，即能够分别单独的实现摇摆状态、暗点循环和逐个点亮逐个熄灭的状态。然后再设计一个四十进制，前12秒使摇摆状态进行正常工作，13到24秒使暗点循环正常工作，最后16秒使最后一个状态正常工作。最后通过逻辑

计时电路：

我们采用74ls161我们将第一片接成四进制，将第二片接成十进制，第二片的时钟脉冲来自与第一片，当第一片计时满四时，向第二片发出一个时钟脉冲，这样就形成了四十进制。74ls161的工作原理如下：

74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：

74ls161引脚图

管脚图介绍：

时钟CP和四个数据输入端P0~P3

清零/MR

使能CEP，CET

置数PE

数据输出端Q0~Q3

以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)

输入输出

C R CP L

D EP ET D3D2D1D0Q3 Q2Q1Q0

0 Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф 0 0 0 0

1 ↑ 0 Ф Ф d c b a d c b a

1 ↑ 1 0 Ф Ф Ф Ф Ф Q3 Q2Q1Q0

1 ↑ 1 Ф 0 Ф Ф Ф Ф Q3 Q2Q1Q0

1 ↑ 1 1 1 Ф Ф Ф Ф 状态码加1

74LS161功能表

从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

二进制计数器电路简单，运算也方便，但人们最习惯的是十进制，所以在应用中常使用十进制计数器。使用较多的十进制计数器是按照8421BCD码进行计数的电路，计数器由“0000”状态开始计数，每10个脉冲一个循环，也就是第10个脉冲到来时，由“1001”变为“0000”，就实现了“逢十进一”，同时产生一个进位信号。

电路图如下：

选通电路：

由于题目要求我们前12秒使摇摆状态进行正常工作，13到24秒使暗点循环正常工作，最后16秒使最后一个状态正常工作。那么这三个电路的工作时间为3:3:4，所以我可以让第二片74ls161前三秒驱动第一个电路，中间三秒驱动第二电路，最后四秒驱动第三个电路，第二片由上一个状态变化到下一个状态的时间是十秒，这样设计是非符合要求。设第一个

Q0

Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3Q2Q1Q0Q3Q0Q1Q Q3L3Q0Q1Q2Q3Q0Q Q2Q3Q1Q0Q2Q3Q L +++=++=++=2120123012301231L Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q

摆动电路：

如上图，用74LS161制作一个四进制计数器，将QA、QB分别接A、B，通过74LS139输出，然后将Y0、Y2和Y1、Y3分别接入两个与门后输出，在分别将其输出接到LED1、LED3和LED2、LED4，在脉冲信号作用下，便能实现摇摆功能。例如：AB输入00时，Y3Y2Y1Y0输出1110，因此灯LED1、LED3灭，LED2、LED4亮。

74LS139引脚图及功能图

暗点循环：

如上图，用74LS161制作一个四进制计数器，Q0、Q1接到A、B上，再将Y0、Y1、Y2、Y3分别接到D1、D2、D3、D4上，在脉冲信号作用下即能实现暗点循环的功能。

逐个点亮逐个熄灭电路：

如上图，用74LS194设计4位扭环形计数器，在脉冲信号作用下，便能够实现逐个点亮逐个熄灭的循环状态。

74LS194的引脚图及功能表：

时钟信号的制作：

秒信号发生器采用555定时器，555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。其成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器。555定时器的外引脚排列图和内部电路框图分别如图2-1和图2-2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS 触发器，一个放电管T 及功率输出级，它提供两个基准电压3CC V 和23CC V 。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器1C 的同相输入端的电压为2CC V ，2C 的反相输入端的电压为CC V 。若触发输入端TR 的电压小于CC V ，则比较器2C 的输出为0，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH 的电压大于2CC V ，同时TR 端的电压大于3CC V ，则1C 的输出为0，2C 的输出为 1，可将RS 触发器置0，使输出为低电平。

由555定时器组成的多谐振荡器如图所示，其中R1、R2和电容C 为外接元件。其工作波如图(D)所示。设电容的初始电压C U ＝0,t=0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端TH V ＝TL V ＝0

0D S =（1表示高电位，0表示低电位），R S -触发器置１，定时器输出01u =此时_

0Q =，定时器内部放电三极管截止，电源cc V 经1R ，2R 向电容Ｃ充电，c u 逐渐升高。当c u 上升到3CC V 时，2A 输出由0翻转为1，这时_

_

1D D R S ==，R S -触发顺保持状态不变。所以0