数字逻辑四路彩灯设计.docx
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数字逻辑四路彩灯设计
电子课程设计
-四路彩灯显示系统
学院：
电气信息工程学院
专业班级：
姓名：
学号：
指导老师：
2011年12月
一、设计任务与要求
1、设计任务
用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，要求如下：
1、机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。
2、程序由三个节拍组成：
第一节拍时，四路输出Q1～Q4依次为1，使第一路彩灯先点亮，接着第二，第三，第四路彩灯点亮。
第二节拍时，Q4～Q1依次为0，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。
第三节拍时，Q1～Q4输出同时为1态0.5秒，然后同时为0态0.5秒，使四路彩灯同时点亮0.5秒然后同时灭0.5秒，共进行4次。
每个节拍费时都为4秒，执行一次程序共需12秒
1、用发光二极管显示彩灯系统的各节拍；
2、功能扩展（自选）
2、设计要求
1、设计思路清晰，给出整体设计框图；
2、设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；
3、总电路设计；
4、计算机仿真
5、安装调试电路；
6、写出设计报告；
二、总体框图
1、框图
图1
2、设计方案
分析以上设计任务，该控制系统完成如图3-4所示的控制流程，系统结构框图如图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。
图2
3、设计分析：
记第一，二，三节拍分别为Y0Y1Y2有效时间应为4秒，Y0结束Y1马上开始，Y1后Y2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Y0Y1Y2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Y0功能要求器件具有右移功能，为实现Y1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Y2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QA、QB、QC、QD，右移输入端SR，左移输入端SL和模式控制输入端So，S1以及一个无条件直接清除端CLR。
模式控制输入So，S1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Y0Y1Y2=100时，S1S0=01（右移），Y0Y1Y2=010时，S1S0=10（左移），当Y0Y1Y2=001时S1S0=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S1S0的状态被确定下来，即Y0Y1Y2=100时，S1S0=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Y0Y1Y2=010S1S0=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，Y0Y1Y2=001S1S0=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。
三、选择器件:
74LS74D5个,74LS194D1个,74LS02N2个,74LS05N2个,开关1个,时钟源10000HZ5V1个,5V电压源1个,探灯4个，导线若干条。
1、74LS194
移位寄存器74LS194由4个触发器和它们的输入控制电路组成。
SR为数据右移串行输入端，SL为数据左移串行输入端，A到D为数据并行输入端，QA到QD为数据并行输出端，CLR为移步清零输入端，S0﹑S1为工作状态控制端。
图3
74LS194逻辑功能表
图4
图574LS194内部原理图
74LS04N是一个非门，其逻辑功能表如下表所示：
图6
图774LS04N的逻辑框图
四、功能模块
1、路彩灯系统程序表：
说明
输出
QAQBQCQD
时间
开机状态0
0000
Y0
1111
4S
Y1
0000
4S
Y2
1111
1111
0000
0000
4S
2、设计说明
利用74LS02N节拍控制器、74LS74D组成的四分频电路，74LS194D左右双向移位。
下面是它们的引脚图：
五、总体设计电路图
1、总体电路图
2、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。
3、实际电路的连接和调试
按照仿真的电路图和上面芯片的引脚图在面包板上连好线路，经检查无误后，接通电源可看到四个二极管都亮，拔动开关，调好脉冲，观察二极管的变化，可以看到电路和仿真的一样。
4、设计应用
该设计制作成饰灯,增加彩灯的数量可现实所需要的图形输出，作闪烁灯光使用可应用于商业广告或者霓虹灯和家居装饰品。
六、设计心得体会
通过这学期的努力，终于完成了这次课程设计。
在此次课程设计实验中，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。
在这个数字电路中我们可以观测到，当输入“12”个脉冲以后，输出数据回到起始值，12个脉冲一循环，因此，可以把该电路作为一个“12”进制的计数器。
通过本课程设计我基本掌握了数字系统的仿真与设计方法。
使我认识到在实际电路的连接时，要注意每一个引脚的接法，在选双开关时，面包板上没有，要引线接双开关。
通过脉冲的调节可观察二极管的变化。
由于实物的连接和电路仿真软件有差别，要经过多次调试才能实现其功能的演示。
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