数字电路与逻辑实验报告.doc

课程设计名称：四路彩灯显示系统 一 设计任务与要求 接通电源后，彩灯可以自动按预先设置的程序循环闪烁。 设置的彩灯花型由三个节拍组成： 第一节拍：四路彩灯逐次渐亮，灯亮的时间为1s，共用4s； 第二节拍：四路彩灯按逆序渐灭，也需要4s； 第三节拍：四路彩灯同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，要进行四次，所需时间也是4s。 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。 彩灯可用发光二极管（LED）模拟。 二 设计的整体思路，工作原理以及系统框图 1整体思路： 四路彩灯即有思路输出，设依次为Qd,Qc,Qb,Qa,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如下表输显示。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 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1s 1s 1s 1s 第二节拍 逆序渐灭 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1s 1s 1s 1s 第三节拍 同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 有表可知，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，每4秒一个节拍，3个节拍共12秒后又反复循环。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。 2工作原理： 根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。前两个节拍由74LS194芯片左移右移功能易于实现，第三个节拍整体送数，利用异步清零将清零端置0达0.5秒即可。 3系统框图： 四路彩灯显示系统方框图： 4单元电路设计及单元电路： （1）分频器：本实验中对脉冲实现分频可以用74LS161计数器实现分频的电路 （2）循环控制电路：如果摸N计数器的计数序列从最小1到最大数N,那么N+1是多余，也用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端（CR非），将计数器清零。此时工作状态从0001-1100，检测到1101时异步清零。 （3）彩灯花样输出电路： 运用到74LS194功能 输入 输出 功能 (CR非) S1 S0 CP SL SR D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 0 X X X X X X X X X 0 0 0 0 清零 1 1 1 ↑ X X d0 d1 d2 d3 d0 d1 d2 d3 送数 1 0 1 ↑ X 1 X X X X 1 Q0 Q1 Q2 右移 1 1 0 ↑ 0 X X X X X Q1 Q2 Q3 0 左移 5总电路设计电路图： 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。 表2 四路彩灯工作过程 说明 秒脉冲 74161 74194 彩灯输出 第一节拍 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0