八路彩灯控制系统.doc

数字电子课程设计基础 彩灯控制系统 题目： 彩灯控制系统 学院： 电气与电子工程学院 专业: 自动化 班级： 080302 姓名： 孙家广 指导教师：马晓涛 时间：2010年7月2日——2010年7月9日 一．课程名称：彩灯控制系统 二．设计内容与设计要求 1．设计目的 （1）学会将一个实际情况抽象为逻辑电路的逻辑状态的方法。 （2）掌握计数、译码、显示综合电路的设计与调试方法。 （3）掌握实际输出电路不同要求的实现方法。 2. 设计任务 八路彩灯显示系统，该系统实现以下功能： 八路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。 八路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。 八路彩灯同时亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒，反复4次。 3．设计要求 （1）确定总体设计方案画出总方框图，确定各单元电路的功能，进行单元电路的设计，画出逻辑图。 （2）选择元器件型号。 （3）画出总逻辑图和装配图，并在实验板上组装电路。 （4）进行电路调试，使其达到设计要求。 （5）写出总结报告。 4.参考器件 555定时器、计数器、双向移位寄存器、显示译码管、数码显示管、发光二极管及一些门电路等。 三．总体设计思路 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。 总体设计原理 1.基本原理 由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。由于程序循环一次要20秒，故需要一个20进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频率控制CLR’。可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制20进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。 2.设计框图 3.总逻辑电路原理图 五．各单元电路设计 1.1时钟脉冲产生电路 用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为: T=0.7(R1+2R2)C………………………(5-1) 控制74LS161模十六计数器电阻值和电容值可设为： R1=1KΩ ， R2=17.4KΩ ， C=0.01μF 由公式（1-1）计算得：T=0.2506S 图5.1 时钟电路 1.2多谐振荡器 用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,控制74LS161模十六计数器，74LS161A输出2倍T的脉冲信号，B输出4倍T的脉冲信号，大约为1S。 图5.2 多谐振荡器 2.1 20进制循环控制电路 图5.3 20进制循环控制电路示意图(74LS161由74163代替) 2.2具体实现： 如果模N计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，那么N是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CLR’，将计数器清零。此处工作状态从00000~10011，检测10100（异步清零）。 3.彩灯花样输出电路： 3.1运用到74LS194功能表 输 入 输 出 功 能 /CR S1 S0 CP SL SR D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 0 × × × × × × × × × 0 0 0 0 清 零 1 1 1 ↑ × × d0 d1 d2 d3 d0 d1 d2 d3 送 数 1 0 1 ↑ × 1 × × × × 1 Q0n Q1n Q2n 右 移 1 1 0 ↑ 0 × × × × × Q1n Q2n Q3n 0 左 移 3.2 通过20进制计数器的输出端的E、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表 CLK 时间 ／Ｓ 节拍 QE QD S0 S1 SR SL 74LS194 动作 0 １ Ｈｚ脉冲 B 1 第一节拍 0 0 1 0 1 * 右移1 1 2 0 0 1 0 2 3 0 0 1 0 3 4 0 0 1 0 4 5 0 0 1 0 5 6 0 0 1 0 6 7 0 0 1 0 7 8 0 0 1 0 8 1 HZ 脉冲 B 9 第二节拍 0 1