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1、0数字电子技术课程设计报告简易彩灯控制电路学院：电子信息工程学院班级：电气 091501班学号：200915010125姓名：陶凯指导老师：闫晓梅实习时间：2011 年 12月1目录一设计任务与要求（2）二总体框图（2）三选择器件（3）1.74LS00 - (3)2.74LS04 - (4)3.74LS08 - (4)4.74LS32 - (5)5.74LS33 - (6)6.74LS161 - (7)7.74LS194 - (8)8.74LS86 - (9)四功能模块 （13）五总体设计电路- (17)1. 仿真实验-（16）2数字实验箱验证实验-（18）六课程设计心得-（19）2简易彩灯循
2、环控制器的设计与制作一、设计任务和要求设计一个电路控制彩灯的循环显示，要求 8个发光二极管排成一行，二极管的亮灭构成彩灯的图形，要能循环显示以下 8种彩图案：（1）彩灯自左向右渐亮至全亮。（2）彩灯自左向右渐灭至全亮。（3）彩灯自右向左渐亮至全亮。（4）彩灯自右向左渐至灭全灭。（5）彩灯全亮。（6）彩灯全灭。（7）彩灯全亮。（8）彩灯全灭。二、总体框图图 1 设计总体框图在总体框图中，十二进制计数器有 74LS161 芯片构成，依次从 0 到 11 进行循环计数，分别控制前四个灯和后四个灯的十二种工作状态。前四个灯的控制电路和后四个灯的控制电路均由 74LS194 芯片组成，运用了 74LS1
3、94 芯片的移位寄存功能。最后将八个灯在正确的位置十二进制 计数器前四个灯 控制电路后四个灯 控制电路八个灯整体循环3进行摆放，使其能满足题目所要求的工作状态。三、选择器件序号 元器件 元件标号 参数或型号 个数 功能1 74LS 系列 U1 74LS00N 3 块 与非门2 74LS 系列 U2 74LS161N 1 块 计数3 74LS 系列 U3，U8 74LS194 2 块 移位寄存4 74LS 系列 U4 74LS08N 3 块 与门5 74LS 系列 U5 74LS32N 1 块 或门6 74LS 系列 U6 74LS33N 1 块 或非门7 74LS 系列 U7 74LS04N
4、3 个 非门8 74LS 系列 U9 74LS86N 2 个 异或门9 脉冲发生器 XFG1，XFG2 各 1 个10 LED D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7 8 个11 VCC +5V 2 个 高电位表 1 元器件总表1. 74LS0074LS00是四 2输入与非门，其逻辑符号，逻辑功能表，内部原理图分别如下： 表 2 74LS00 的逻辑功能表 图 2 74LS00 的内部结构4图 3 与非门逻辑符号 图 4 74L00 管脚图 74LS00的逻辑功能表达式：Y=AB2.74LS0474LS04 为六反相器，它的输入为 A，输出为 Y，6 个相互独立反相。电压 5V，电压范
5、围在 4.755.25V 内可以正常工作。门数 6，每门输入输出均为 TTL 电平（2v 高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流 8mA。其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别如下：图 5 74LS04 的内部结构 表 3 74LS04 功能表图 6 74LS04 的逻辑符号 图 7 74LS04 的管脚图 3.74LS0874LS08 为四组 2 输入端与门5引出端符号: 1A4A 输入端1B 4B 输入端1Y4Y 输出端图8 74LS08结构图表 4 74LS08 功能表4.74LS3274LS32 为四组 2 输入端或门（正逻辑）。引出端符号：1A4A 输入端1B 4
6、B 输入端1Y4Y 输出端6图9 74LS32结构图表 5 74LS32 功能表5.74LS3374LS33 为集电极开路输出的四组2 输入端或非缓冲 (正逻辑引出端: 1A4A 输入端 1B4B 输入端 1Y4Y 输出端图 9 74LS33 结构图 表 6 74LS33 功能表76.74LS16174LS161 为二进制同步计数器，具有同步预置数、异步清零以及保持等功能。81 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0V c c地QC C981 2 3 4 5 6 78D1Q0Q1Q2Q3C TrL DC R L DC P D0D1D2D3EPD0D2D3C TPC R C PQC
7、CQ0Q1Q2Q3Er图 10 74LS161 引脚图输 入 输 出CRLDCTr CTp CP D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q30 0 0 0 01 0 d0 d1 d2 d3 d0 d1 d2 d31 1 1 1 计 数1 1 0 保 持1 1 0 保 持注：Q CC= CTrQ0Q1Q2Q3 表 7 74LS161 的功能表功能详细介绍：从功能表的第一行可知，当 0（输入低电平） ，则不管其他输入端CR8（包括 CP 端）状态如何，四个数据输出端 QA、Q B、Q C、Q D 全部清零。由于这一清零操作不需要时钟脉冲 CP 配合（即不管 CP 是什么状态都行） ，所以 为异
8、步清零端，且低电平有R效，也可以说该计数器具有“异步清零” 功能。从功能表的第二行可知，当 1 且 0 时，时钟脉冲 CP 上升沿到达，四个数据CRL输出端 QA、Q B、Q C、Q D 同时分别接收并行数据输入信号 a、b、c、d。由于这个置数操作必须有 CP 上升沿配合，并与 CP 上升沿同步，所以称那么该芯片具有 “同步置数”功能。从功能表的第三行可知，当 1，CTrCTp1 时，则对计数脉冲 CP 实现同步十进制加计数；而从功能表的第四行又知道，当 1 时，只要 CTr 和 ENP 中有一个CRLD为 0，则不管 CP 状态如何（包括上升沿） ，计数器所有数据输出都保持原状态不变。因此
9、，CTr 和 CTp 应该为计数控制端，当它们同时为 1 时，计数器执行正常同步计数功能；而当它们有一个为 0 时，计数器执行保持功能。另外，进位输出 QCC= CTrQ0Q1Q2Q3 表明，进位输出端仅当计数控制端 CTr1 且计数器状态为 15 时它才为 1，否则为 0。7.74LS194移位寄存器是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器。根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。本实验选用的是 4 位双向移位寄存器,型号为 74LS194（TTL 器件） 。图 11 74LS194 的逻辑
10、符号及引脚排列管脚介绍：D 0D 1 为并行输入端Q0Q 3 为并行输出端；SR右移串行输入端；SL左移串行输入端；9S1、S 0操作模式控制端；为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。输 入 输出模式 串行 并行CRM0 M1CPDSR DSLD0 D1 D2 D3Q0Q1 Q2 Q3功能0 0 0 0 0 清零1 0 0 0 0 0 保持1 1 1 d d d d d d d d 置数1 0 1 1 Q3 Q0亮 左移1 0 1 0 Q3 Q0灭 左移1 1 0 1 Q0 Q3亮 右移1 1 0 0 Q0 Q3灭 右移1 0 0 保持表 8 74LS194 功能表8.74LS8674LS
11、86 是常用的 TTL 2 输入端四异或门。10图 12 74LS86 管脚图74LS86 逻辑功能表达式：Y=A B=AB+AB表 9 74LS86 功能表 四、功能模块1. 十二进制计数器十二进制计数器由 74LS161芯片和与非门组成，具体电路图如下：11图 13 74LS161 构成十二进制计数器 输出 QD QC QB QA0 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0 1 03 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 16 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 09 1 0 0 11210 1 0 1 011 1 0 1 1表 10 计数器真值表 2. 前四个灯的
12、控制电路 1）首先列出前四个灯的状态真值表，如下：彩灯状态 Q7 Q6 Q5 Q4输出编码从左至右亮 1000 1100 1110 1111保持 1111 1111 1111 1111从左至右灭 0111 0011 0001 0000保持 0000 0000 0000 0000保持 0000 0000 0000 0000从右至左亮 0001 0011 0111 1111保持 1111 1111 1111 1111从右至左灭 0111 0011 0001 0000全亮 1111全灭 0000全亮 1111全灭 0000表 11 前四个灯的状态表由表 11和表表 8可得控制前四个灯的 74LS194芯片的输入端的逻辑表达式：CR=Q3Q0 M0=QOQ2+Q3 M1=(Q0+Q2)13DSR=Q1 DSL=Q1由上述公式可得电路如下：图 14 前四个灯的控制电路根据上面的电路进行仿真实验，部分结果如下：14图 15 前四个灯仿真图 16 前四个灯仿真153 后个灯的控制电路 1）首先列出后个灯的状态真值表，如下：彩灯状态 Q3
