彩灯循环显示控制电路设计Word文档下载推荐.docx
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作，最后将四个计数器的输出用或门连接，经译码器送入数码管，使其按要求显示。
要求的功能基本上都能实现，且用的芯片比较简单。
打开后需要用机械开关置数，不符合功能要求中全自动原则，且电路连接较复
杂，难实现。
方案三：
采用计数器和译码器组成循环控制电路控制四个计数器，作为总体控制电路。
方
框图如下：
循环控制电路计数器
时钟脉冲源
图3方案三原理方框图
除循环控制电路外，其他原理均与方案二相同。
用一个计数器和一个译码
器组成，四个计数器的进位信号通过或非门作为循环控制电路的触发信号，循环控制电路
的输出连接各个计数器的清零端，使计数器依次工作，输出通过或门连接到译码器上，在
数码管上显示出来。
计数器采用十进制，第一个计数器输出直接连接即可显示自然码；
第
二个输出的最低位连接1即可显示奇数列；
第三个输出的最低位连接0即可显示偶数列；
第四个输出的高位不连接即可显示音乐数列。
再通过控制电路即可按顺序显示要求数字。
2
所有功能都能实现，芯片较简单。
电路连接较复杂，易出错，难实现。
方案选择：
由于对Keil软件的不了解，故不能选择方案一。
且课程设计的目的就是让大家通过
自己的努力设计出电路，锻炼大家的独立设计以及动手能力，方案二和方案三都必须自己
设计电路，可以锻炼大家。
但由于方案二不能实现全自动循环这一功能要求，故选择方案
三作为本次课程设计的原理电路。
1.2单元电路的设计和元器件的选择
1.2.1循环控制电路的设计
循环控制电路四个输出分别控制四个计数器的工作状态，必须让其中一个工作的同时
其它的计数器都不工作，即四个输出端依次输出有效电平。
循环控制电路由一个计数器和
一个译码器组成，计数器循环输出00，01，10，11四个状态，作为译码器的输入。
译码
器则循环输出0001，0010，0100，1000来控制四个计数器，即序列产生电路。
计数器采用同步十进制加计数器74LS162，译码器采用双二-四线译码器74LS139。
其功能表和管脚图如下所示：
表174LS162同步加法计数器的功能表
输入输出
说
明CLrDPTABCDQQQQCPDCBA
X0XXXXXXX0000同步清零
10XXXXXXDCBA送数
X111XXXX保持
XX保持
11XXXXXX计数
1111XXXX0000同步置0
10XX0000
3
图474LS162的管脚图
表二74LS139的功能表
图574LS139的管脚图
使能选择
EBAY0Y1Y2Y3
1XX1111
0000111
0011011
0101101
0111110
循环控制电路的电路图如下所示：
4
图6循环控制电路图
电路中译码器的输入接计数器的QA,QB端，并将QA,QB端输出通过与非门送入计数器的清零端，则当计数器的输出到达0011时，计数器清零，回到状态0000，译码器接收到的输入电平为00，01，10，11的循环，则该循环控制电路可以达到控制四个计数器循
环工作的效果。
5
武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书1.2.2自然序列电路的设计
自然序列0，1，2，3，4，5，6，7，8，9可采用十进制计数器实现。
采用同步十进制加计数器74LS162，其管脚图和功能图在1.2.1节中已介绍。
自然序列的电路图如下所示：
图7自然序列电路图
电路中各输出端可直接连接到译码器上，因74LS162是十进制计数器，故其输出为0，
1，2，3，4，5，6，7，8，9，符合要求。
6
武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书1.2.3奇数序列电路的设计
奇数列要求输出1，3，5，7，9，可采用十进制加计数器74LS162实现。
电路图如下：
图8奇数列电路图
电路中将译码器的最低位直接接1，则当输出本为偶数时，译码器将显示比它大一的
奇数，故该电路的显示为1，3，5，7，9，符合要求，但该电路需两个上升沿才能向前进
一位。
7
武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书1.2.4偶数序列电路的设计
偶数列要求输出0，2，4，6，8，可采用十进制加计数器74LS162实现。
图9偶数列电路图
电路中将译码器的输入端直接接0，当计数器输出为奇数时，数码管显示为比它小一
的偶数，故该电路的输出为0，2，4，6，8，符合要求，但该电路需两个上升沿才能进一
位。
8
1.2.5音乐序列电路的设计
音乐数列要求输出0，1，2，3，4，5，6，7，0，1.即000，001，010，011，100，101，110，111，000，001，观察可知，这10个状态刚好是0～9的后三位，故可只接四
位输出的后三位。
可采用十进制加计数器74LS162来实现。
其电路图如下：
图10音乐数列电路图
电路中只将计数器的QA,QB,QC端接入译码器，故该电路的显示为所要求的音乐数列。
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武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书1.2.6时钟脉冲源电路的设计
设计功能中要求数字显示时间为0.5s到2s范围内连续可调，故可采用555定时器组
成的多谐振荡器作为时钟脉冲源，D触发器作为分频器。
表三D触发器的特性表
QnDQn+1QnDQn+1
000100
011111
图11D触发器的逻辑符号
VCC
RA
48
7振荡器频率为:
u3oRf=1/（Tph+Tpl）?
1.43/[（R1+2R2）C]B
65
2
CC5
图12555定时器组成的多谐振荡器电路图
10
图13时钟脉冲源电路图
故该多谢震荡器的输出为1Hz～4Hz连续可调，D触发器的输出为0.5Hz～2Hz连续可调，满足功能三中显示时间基本相等，且在0.5s到2s范围内连续可调的要求。
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1.2.7译码器和数码管
译码器采用BCD-7段显示译码器74LS48，可直接驱动共阴极LED数码管而不需外接
上拉电阻。
输入输出十进数
BI/RBO备注<
/TD<
TR>
或功能LTRBIDCBAabcdefg
HHH000001111110
HxH100010110000
HxH200101101101
HxH300111111001
HxH401000110011
HxH501011011011
HxH601100011111
HxH701111110000
HxH810001111111
HxH910011110011
HxH1010100001101
HxH1110110011001
HxH1211000100011
HxH1311011001011
HxH1411100001111
HxH1511110000000BIxxxxxxL00000002
12
RBIHL0000L00000003
LTLxxxxxH11111114
图1474LS48的引脚图
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1．3总电路图及工作原理
图15总电路图14
说明：
在EWB软件中，译码器和数码管用一个图标表示。
总电路原理：
电路中将四个序列电路的进位信号通过或非门送入循环控制电路的脉冲
输入端作为触发信号，每当一个序列电路完成一次循环后，就会有进位信号产生，使循环
电路的状态转变，将现在的序列电路清零，控制下一个序列电路开始计数。
当四个都循环
完了之后，QA，QB端通过与非门使控制电路清零，重新开始下一轮循环。
则该电路可以
实现自动循环的功能。
四个序列电路的输出通过四个或门接入译码器的输入端，再通过数
码管显示出来。
1.4元件参数的计算
要求每个数字的显示时间基本相等，且在0.5s到2s内连续可调。
这取决于555定时器组成的多谐振荡器。
555定时器组成的多谐振荡器的频率计算公式为：
fs=1.43/[（R1+2R2）C]要求的时钟周期为0.5s到2s，则对应的频率据式f=1/T得f的变化范围为0.5Hz到2Hz。
但由于奇数列和偶数列需要两个时钟脉冲才能进一位，故采用D触发器作为分频器，如上图中所连接，为二分频。
D触发器的输出接到自然序列和音乐序列上，而奇数列和偶数列
的触发端直接接到多谐振荡器上，则四个序列的显示的间隔时间基本相等，满足功能三的
要求。
因此，多谐振荡器的频率范围应当取1Hz到4Hz。
取R2为可变电阻，R1=5kΩ，C=70uF。
故当f=1Hz时，R2=7.714kΩ；
当f=4Hz时，R2=0.107kΩ.故取电位器R2的可变范围为0～8kΩ。
15
2仿真结果及分析
仿真结果：
电路可以循环显示自然序列，奇数列，偶数列和音乐数列实现了功能要求
中的第一点；
打开电源时，电路可以自动清零，实现了功能要求中的第二点;
除了刚打开时0跟1之间的时间稍快之外，每个数字的显示时间基本相等，且在0.5s到2s之间连续可调，基本实现了功能要求的第三点。
分析：
由结果可知，该电路基本上能实现所有要求的功能。
3性能测试数据及分析
数码管显示：
0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，1，3，5，7，9，0，2，4，6，8，0，1，2，3，4，5，6，7，0，1，0，1，循环显示。
显示间隔时间：
电位器调到1%时，阻值R2为0.08kΩ，数码管的数字显示间隔约为
0.5s；
当电位器调到96%时，阻值R2为7.68kΩ，数码管显示间隔约为2s。
间隔时间在0.5s到2s内连续可调。
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4收获、体会和建议
由于去年有了一次课程设计的经历，我早已对课程设计不陌生了。
但去年的模电课设
真的让我觉得很头痛，当时自己还没有能力独立设计老师要求的设计题目，所以只能大量
查阅书籍，参考经典的电路。
做完模电课设之后，觉得自己并没有学到太多的东西。
这一次的数电课设，虽然题目“彩灯循环显示控制电路设计”并不是很难，但整个电
路都是由自己独立设计的。
将平时所学的数电知识应用于实际中，既帮助自己巩固了数电
这一门基础课程，又锻炼了自己的设计能力，更重要的是体味到了大学交给我们的“自学”
精神。
在设计中我碰到了一些困难。
刚开始完全没有概念，不知道该从哪开始设计，在查看
书籍和跟大家的相互讨论中知道了大体的设计方案。
终于将自己的电路图设计出来，但放
到EWB中仿真时，却发现根本没有按预想的那样显示出来。
在经过仔细的勘线和修改设
计后，终于基本达到了预期的效果。
我先采用的是方案二，用移位寄存器来控制四个计数
器。
但在设计完之后，发现它是通过手动开关来控制的，并不是全自动循环。
所以又改为
计数器和译码器组成的循环控制电路，但连完线之后却发现它的进位过早，总是在上一个
序列电路还没完的时候下一个已经开始计数，导致输出乱码。
这一点困惑了我很久，总是
找不出原因，向别人请教也没有结果，令我非常苦恼。
最后，终于发现，我利用了进位信
号从0变为1的上升沿来作为循环控制电路的触发信号，所以导致进位过早。
于是我将进
位信号从1回到0的下降沿通过非门作为触发信号，结果输出正常。
终于将电路的设计完
成了。
由于是自己设计的电路，报告完成的很快，只搜寻了一些芯片的引脚图和功能表。
但
20页的范围也让我些了很长时间。
经过这一次的课程设计，我发现自己有很多知识还没有掌握到位，不过，此次的课程
设计让我学到许多东西，同时又巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没
有学到过的。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是重要性，只有理论知识是
远远不够的，我们要把所学的理论与实践相结合起来，从而提高自己的实际动手能力和独
立思考的能力。
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武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书5元器件清单
74LS1625片
74LS1391片
74LS481片
七段数码管1个
555定时器1片
D触发器1个
四输入或门3个
三输入或门1个
四输入或非门1个
二输入与非门1个
反相器4个
5kΩ电阻1个
0～8kΩ电位器1个
0.01uF电容1个70uF电容1个
6参考文献
《电子线路设计?
实验?
测试》第三版主编：
谢自美《电子技术基础数字部分》第五版主编：
康华光《数字电子技术基础与综合训练》主编：
卢庆林《电子控制电路实例》主编：
陈尔绍
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