四路彩灯显示系统设计Word下载.doc
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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、、、，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
开机初态
0000
第一节拍
逐次渐亮
1000
1100
1110
1111
1s
第二节拍
逆序渐灭
0000
第三节拍
同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次
1111
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。
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。
运用到74LS194功能表
输入
输出
功能
S1
S0
CP
SL
SR
D0
D1
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
╳
清零
1
↑
d0
d1
d2
d3
送数
右移
左移
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秒，完成一个循环共需12秒，12个CP脉冲。
2、设计实现
下图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74LS161实现模12分频及节拍控制，用4位双向移位寄存器74LS194实现彩灯的渐亮、渐灭功能。
四路彩灯显示系统的实现电路
四路彩灯显示系统的工作过程如下表所示。
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0000。
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。
四路彩灯工作过程
说明
秒脉冲
74LS161
74LS194
彩灯输出
0000
0001
0010
0011
01
1000
1100
1110
1111
0100
0101
0110
0111
10
0000
1000
1001
1010
1011
1Hz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
五、Multisim仿真
初始状态0~1S1~2S2~3S3~4S
4~5S5~6S6~7S7~8S
8~8.5S8.5~9S9~9.5S9.5~10S
10~10.5S10.5~11S11~11.5S11.5~12S
六、组装与调试
实验仪器：
数字电路试验箱
导线若干条
74LS00一个,74LS32两个，74LS161一个，74LS194一个，74LS10一个
按照仿真的电路图和上面芯片的引脚图在数字电路试验箱上连好线路，调好秒脉冲为1Hz经检查无误后，接通电源可看到二极管输出自动从初始状态按照规定程序完成3个节拍的循环演示。
四路彩灯从左向右逐次渐亮。
四路彩灯从右向左逐次渐灭。
四路彩灯同时亮,然后同时变暗，则实验任务完成。
七、实验结论及心得
通过本学期对数字电路逻辑设计一书的学习，结合自身所学知识和上网查资料完成了本次四路彩灯显示系统的课程设计。
在此次课程设计实验中，通过查找资料和网上搜索相关资料，我学会了寄存器的使用方法，熟悉了寄存器的一般应用，基本掌握了数字系统设计和调试的方法。
网上的资料也很多，也很杂乱，在查找资料的同时我学会了如何分辨资料是否有用，并对资料进行了归类和总结。
对于网上查找的资料我更多的是借鉴，然后自己对电路进行改进。
在这次课程设计中，最困难的是现实中的电路同电脑上的仿真是有一定的差距，这就需要在原电路进行不断的分析、改进。
在实验室搭建调试电路的过程需要的是耐心和细心的。
在以前做数电实验时我就有过因为没对每个芯片检查而出现错误，因而吃一堑长一智，在以后的实验中养成了实验前检查芯片的良好习惯。
对每一个芯片都进行了检查，这有两个好处：
其一是熟悉芯片的原理，这有利于对整体电路的检查；
其二当然是测试芯片的好坏，可减少一定的工作量，避免搭好电路后检查错误走入死胡同。
在这次课程设计中我学到了很多也收获了很多，谢谢同学和老师的帮助，才使我顺利完成了这次课设。
八、参考文献
《数字电路逻辑设计》王毓银主编
《数字电路硬件设计实践》贾秀美
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