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1、* * * * 大 学课程设计 课程名称： 数字电子技术课程设计课题名称： 四路彩灯显示实验专业班级：姓 名：学 号：指导教师: 201*年*月*号设计课题：四路彩灯显示系统设计1. 设计任务和要求设计一个四路彩灯控制器,设计要求如下：（1） 开机后可自动从初始状态按规定程序循环演示。（2） 彩灯花型由3个节拍组成：第1节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮，灯亮时间1s，共用4s；第2节拍：四路彩灯从右向左逐次渐灭，也需4s；第3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，三个节拍完成一个循环 （3）彩灯用发光二级管（LED）模拟2. 设计分析 四路彩灯就是有四路输出，要
2、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，用四个发光二极管代替四个彩灯,设电路的输出依次为、，若“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，由课题要求可知四路彩灯显示系统要求的输出显示真值表如下表1所示。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74194实现彩灯的渐亮、渐灭功能。74LS00 1个、74LS04 1个、74LS10 1个、74LS32 2个、74LS161 1个、74LS194 1个、5V 电压源 1个、探灯4个。表1 四路彩灯输出显示说 明输 出所用时间 开机初态0 0 0 0 第一节拍逐次渐亮1 0 0 01
3、1 0 01 1 1 01 1 1 11s1s1s1s第二节拍逆序渐灭1 1 1 01 1 0 01 0 0 00 0 0 01s1s1s1s第三节拍同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次1 1 1 10 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 10 0 0 01 1 1 1 0 0 0 00.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s由上表可知，需要选用模12的计数器作为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。模12计数器可以用74L
4、161（当然在实际操作中可以用74L163代替，因为163的引脚排列和161相同）来完成；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74194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。记第一，二，三节拍分别为有效时间应为4秒，结束马上开始，后马上开始，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。
5、应在开机瞬间，使移位型控制器的状态被确定下来，即节拍应为100，可控制输入信号使触发器置位、复位来实现。 为实现功能要求器件具有右移功能，为实现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。74LS194具有并行输入端A、B、C、D，并行输出端、，右移输入端SR，左移输入端SL和模式控制输入端，以及一个无条件直接清除端CLR。模式控制输入，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=100
6、时， =01（右移），=010时，=10（左移），当=001时=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 的状态被确定下来，即 =100时， =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 =010 =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，使四路彩灯从左到右依次灭共 4秒， =001 =11 并行数据输入端 A、B、C、D经脉冲信号经四分频电路和 通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯同时为“ 1”0.5秒、同时为“0”0.5秒，重复4遍共4
7、秒，完成一个循环共需12秒，12个CP脉冲。3. 设计方案分析以上设计任务，该控制系统完成如图1所示的控制流程，系统结构框图如图2所示。其中脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为1Hz的时钟信号；分频器将1Hz的时钟信号四分频，用以产生0.25Hz（即4S）的时钟信号；节拍控制器产生三个节拍循环的控制信号；节拍程序执行器完成在每个节拍下的系统动作，即数据的左移、右移和送数功能，可以使用双向通用移位寄存器74LS194完成；显示电路完成系统循环演示的指示，可以用发光二极管模拟。系统控制流程图及控制系统结构框图如下图所示：图1：四路彩灯控制流程图 图2：四路彩灯控制系统结构框图4. 设计实现 下图
8、为四路彩灯显示的一种简易实现电路。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74194实现彩灯的渐亮、渐灭功能。图3：四路彩灯显示系统的原理电路图图4：四路彩灯显示系统的接线电路图四路彩灯显示系统的工作过程如表2所示。74161的输出为；74194的输出为；四路彩灯的输出为。74194的工作方式控制端，。在第一节拍中，74194实现右移功能，即在时钟脉冲作用下，把逐次移进；在第二节拍中，74194实现左移功能，即在时钟脉冲作用下，把逐次反方向移进。由于前两个节拍中，门G关闭，输出为0，因此四路彩灯的输出。在第三节拍中，74194仍然左移，一直保持为00
9、00。此时，门G打开，时钟脉冲CP同时加到四个输出端，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，因此实现同时亮0.5s、同时灭0.5s，在4s内共进行4次。第三节拍结束后返回第一节拍，如此反复，实现四路彩灯循环显示。表2 四路彩灯工作过程说明秒脉冲7416174194彩灯输出 第一节拍0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 1 0 10 10 10 11 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 11 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1第二节拍0 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 01 01 01 01
10、 1 1 01 1 0 01 0 0 00 0 0 01 1 1 01 1 0 01 0 0 00 0 0 0第三节拍1 0 0 0 1 0 0 11 0 1 01 0 1 11 01 01 01 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 01Hz时钟CP注：时钟由第三节拍的1011返回到第一节拍的0000循环进行5. 四路彩灯系统程序表说明输出 时间开机状态0 0 0 01 1 1 14s0 0 0 04s1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 00 0 0 04s6. 所需器件 74LS00 1个、74LS04 1个、74LS10 1个、74LS32 2个、74LS161
11、1个、74LS194 1个、5V 电压源 1个、探灯4个、导线若干条。7. 设计实现功能系统启动后按开关两次, 自动从初始状态按照规定程序完成3个节拍的循环演示。第一节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮。第二节拍：四路彩灯从右向左逐次渐灭。第三节拍：四路彩灯同时亮,然后同时变暗。8、设计总结 课程设计的时间很快就过去了，在这次课设中我学到了很多东西，当然也有专业知识之外的其他东西。首先是四路彩灯电路的设计，我发现自己对芯片的功能还是不太了解，后来又重新查了一遍，选择了合适的芯片。但又在连线时出了问题，出了问题并不重要，重要的是让自己冷静下来，用心去找出问题的所在。然后用自己所学知识解决掉问题，硬是不
12、能解决的，可以去请教别人，但在问别人的时候，一定要理解对方是怎样解决掉这个问题的，否则你将一无所获，下次遇到这个问题你一样又不知道。其次是电路的连接，线路连接比画图难多了。在连接的时候先要检查芯片、电线等。在连接的时候也要非常的细心，而且要有耐心，只要接错一根，就前功尽弃了。因此，要学会耐心细致的做一件事，不要毛躁，不要粗心。当然，和别人的合作也非常重要。将来走入社会，能否找到好工作，或者说事业顺利，团队合作占了很重的分量，而当今社会，很多公司、企业都非常重视团队合作精神。最后，我要感谢学校给我们这样的实践机会，也感谢老师在这次课设中对我们的耐心教导。总之，这次设计，让我体会到了团队合作的重要性，让我以后做事更有耐心，更加细心。九：附录： 74LS00 1个 74LS04 1个74LS10 1个 74LS32 2个74LS161 1个 74LS194 1个
