四路彩灯显示电路数字逻辑课程设计样本

数字电路逻辑设计

课

程

设

计

设计题目：四路彩灯显示系统

专业班级：

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学号：

设计课题：四路彩灯显示系统设计

1. 设计任务和规定

设计一种四路彩灯控制器,设计规定如下：

（1） 接通电源后，彩灯可以自动按预先设立程序循环闪烁。 （2） 设立彩灯花型由三个节拍构成：

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：四路彩灯同步亮0.5s,然后同步变暗,进行4次,所需时间也

为4s 。

（3）三个节拍完毕一种循环，一共需要12s 。一次循环之后重复进行闪烁。

2. 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”表达灯亮，

“0”表达灯灭，由课题规定可知四路彩灯显示系统规定如下表1所示输出显示。

表1 四路彩灯输出显示

由上表可知，需要一种分频器起节拍产生和控制作用，每4s 一种节拍，3个节拍共12s 后重复循环。一种节拍结束后应产生一种信号到节拍程序执行器，完毕彩灯渐亮、渐灭、同步亮、同步灭等功能。

分频及节拍控制可以用一种模12计数器来完毕；彩灯渐亮、渐灭可以用器件左移、右移功能来实现，因而可选用移位寄存器74194来完毕。同步亮0.5s 、同步灭0.5s 可考虑把1Hz 秒脉冲信号直接加到输出显示端来完毕。

综上所述，要完毕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。

记第一，二，三节拍分别为012Y Y Y 有效时间应为4秒，0Y 结束1Y 立即开始，1

Y 后2Y 立即开始，如此循环不断。为此可考虑采用移位寄存器构成移位型控制器。由于有三个状态，因而需要用三个触发器对现时状态进行记忆，为使各状态有效时间间隔为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，使移位型控制器状态被拟定下来，即012Y 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0Y 功能规定器件具备右移功能，为实现1Y 功能规定器件有左移功能；并且左、右移输入可为“0”也可为“1”；为实现

2

Y 功能，规定器件同步具备并行

置数功能。因而可选用一种具备左移、右移和并行置数功能通用移位寄存器74LS194。74LS194具备并行输入端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

S ，

1

S 以及一种无条件直接清

除端CLR 。模式控制输入

S ，

1

S 有00、01、10、11四种组合方式，分别表达双

向移位寄存器所具备四种功能，即禁止、右移、左移和并行置数。为了使当

012

Y Y Y =100时，

01

S S =01（右移），

012

Y 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输出端初态均为零，在开机瞬间，使移位控制端01

S S 状态被拟定下

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 通过两或门构成节拍电路，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

门构成节拍电路，使四路彩灯从左到右依次灭共 4秒，012

Y Y Y =001

01

S S =11 并

行数据输入端 A 、B 、C 、D 经脉冲信号经四分频电路和 通过两或门构成节拍电路，使四路彩灯同步为“ 1”0.5秒、同步为“0”0.5秒，重复4遍共4秒，完毕一种循环共需12秒，12个CP 脉冲。

3. 设计方案

分析以上设计任务，该控制系统完毕如图3-4所示控制流程，系统构造框图如图3-5所示。其中脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为1Hz 时钟信号；分频器将1Hz 时钟信号四分频，用以产生0.25Hz （即4S ）时钟信号；节拍控制器产生三个节拍循环控制信号；节拍程序执行器完毕在每个节拍下系统动作，即数据左移、右移和送数功能，可以使用双向通用移位寄存器74LS194完毕；显示电路完毕系统循环演示批示，可以用发光二极管模仿。 系统控制流程图及控制系统构造框图如下图所示：

图1：四路彩灯控制流程图

图2：四路彩灯控制系统构造框图

4. 设计实现

下图为四路彩灯显示一种简易实现电路。该电路选用同步十六进制计数器74161实现模12分频及节拍控制，用4位双向移位寄存器74191实现彩灯渐亮、渐灭功能。

图3：四路彩灯显示系统一种实现电路

四路彩灯显示系统工作过程如表2所示。74161输出为0123Q Q Q Q ；74194输出为A B C D Q Q Q Q ；四路彩灯输出为a b c d Q Q Q Q 。74194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，因而四路彩灯输出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依然左移，A B C D Q Q Q Q 始终保持为0000。此时31Q =，门G 打

开，时钟脉冲CP 同步加到四个输出端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 ，因而a b c d Q Q Q Q 实现同步亮0.5s 、同步灭0.5s ，在4s 内共进行4次。第三节拍结束后返回第一节拍，如此重复，实现四路彩灯循环显示。

表2 四路彩灯工作过程