移位寄存器组成的节日彩灯电路

1、双向移位寄存器组成的节日彩灯电路【实验目的】进一步学习维持阻塞型D触发器、双向移位寄存器，学会将其组装成为满足工作条件的电路；研究双向移位寄存器组成的彩灯电路的影响因素；用Multisim方针手段对电路性质做较为深入的研究； 【实验原理】维持阻塞型D触发器置。维持结构L B:基本RS置。维持结构L B:基本RS触发器C, D, E、F:维持-阻塞线路一为克服空翻*现 象D:输入控制端或驱动端Pulse）、i辑图一六个门* asp置占 阻塞-_rh置1维持D（T）nta）置 1 数据输入端ICP时钟脉冲（同步信号） 一 IT实现同步校制作用阻塞封门，*1”开门逻辑功能分析：1）CP=0时，C、D

2、封门，C=D=1, Q维持原态，为CP到来做好准备；2）CP=1到来（上升沿到来）时：正脉冲到来和存在期间，C、D门开门，触发器状态受D端控制；此命令道来， 触发器才能动作，从而实现了同步控制的作用。与此同时，置1阻塞线、置1维持 线和置0阻塞线、置0维持线将克服“空翻”现象。具体分析：Data=0：C=D=1，F=1，E=0。当 CP 上升沿到来时，D、C 开门，D=0，C=1，Q=0；其中D=0连接的置0维持线可以使F维持F=1，从而Q的数据保持不变， 而F连接的置1阻塞线可以使C保持不变，从而克服“空翻”现象；Data=1：C=D=1，F=0，E=1。当 CP 上升沿到来时，D、C 开门

3、，D=1，C=0，Q=1；其中C=0连接的置1维持线可以使E维持E=1，从而Q的数据保持不变， 而C连接的置0阻塞线可以使D保持不变，从而克服“空翻”现象；3）特性方程：Qn+1=D；4）特性表：CPDQn+1f00f115）异步输入在原有基础上添加异步输入端，均为低电平有效。如下图:异黄输入端DSd. Rd :直接置位、复位输入端移位寄存器异黄输入端DSd. Rd :直接置位、复位输入端移位寄存器使用到了 4个维持阻塞型D触发器，其组合电路如图:清零睐冲-cp_n_n_清零睐冲。移位脉冲-TL存数脉冲置数（并行输入）1)1)使用信号清零脉冲存数脉冲与置数通过与非门相连，接到置位端，将置数并行

4、输入；置数：见；移位脉冲：上升沿触发四个维持阻塞型D触发器；串行输入:连接维持阻塞型D触发器的Data端，首位依次连接，达到移位目的;并行输出：连接各个触发器的Q端，彩灯实验用到此信号；串行端口：将移位出来的信号由Q 一一输出；2）驱动方程：D3 = Qn, D2 = Qn, D1 = Qn, D0 = 0;特性表：CPQ3Q2Q1Q0工作过程清零0000清零存数（0101）0101存数CP1 f1010左移一位CP2 f0100左移一位CP3 f1000左移一位CP4 f0000左移一位可见，能够实现移位功能。4）双向移位器存器逻辑图可以通过此电路图实现双向移位作用，当K=0时，从。2输入，

5、即左移；当 K=1时，从Q0输入，即右移。3.集成电路组件74LS194二、集成电路蛆件74LS194 （CI74LS194）四位双向1.管脚图并行蜿出控制端移位寄存器Lt Q& Qi Qz Qm cp SiQ1 Qw Qs CP 国Y R 7JLS194 辅Psr Dp Di Dz P3 PslCR % % Di 队号 D$lG、D 清零（异步）r t?并行输入ts 榛入输入1）引脚说明:引脚号码作用及连接方式1清零，低电平有效，所以当开关闭合时，信号清零2,7右移、左移串行输入，实验使用右移串行输入3,4,5,6并行输入，此处未使用8GND，接地9,10控制端，分别为1,0时右移，0,1时

6、左移11时钟信号，接函数信号发生器12,13,14,15并行输出，分别接发光探头16VCC接+5V恒压源2）功能表:CRCPS0S1功能0XXX清零1f10右移（Q广Q3，SR输入）1f01左移（Q广Q0，SL输入）1f00保持一1f11并行输入【实验内容】1.输入电路原理图使用元件：1）在“TTL元件”中选择74LS194D芯片；2）在“虚拟测量元件”中选择发光探头；3）在“仪器库”中选择函数发生器，并将其频率调至1000Hz （由于计算机计算的 时间比实际时间慢，所以选择一个高频率，让发光探头快速转变）；4）在“电源”中选择+5V恒压源和地线；5）用“仪器库”中的“逻辑转换器”生成非门；6

7、）选择开关、电阻；用导线将原件连接成下图：（Vcc和GND可接可不接）二二1074LS194DT+廿.用.担.牛二二1074LS194DT+廿.用.担.牛为了达到使彩灯先逐一变亮，再逐一熄灭的目的，应使右侧芯片的qd端口取 非连接到左侧芯片的SR端口。其特性表应为如下：CPQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7工作过程清零00000000清零CP1 f10000000右移一位CP2 f11000000右移一位CP3 f11100000右移一位CP4 f11110000右移一位CP5 f11111000右移一位CP6 f11111100右移一位CP7 f11111110右移一位CP8 f1111111

8、1右移一位CP9 f01111111右移一位CP10 f00111111右移一位CP11 f00011111右移一位CP12 f00001111右移一位CP13 f00000111右移一位CP14 f00000011右移一位CP15 f00000001右移一位CP16 f00000000右移一位运行此时，打开开关K,开始运行，发现彩灯从左到右逐一变亮，全亮后又从左向右逐 一熄灭，周期性重复。输出结果使用“逻辑分析仪”分析发光探头亮灭周期和顺序：其中“逻辑分析仪”的各个管脚同97LS194的并行输出管脚依顺序相连。电路连接图如下：逻辑分析仪的显示结果为:逻辑分析仪的显示结果为:诸 Logic A

9、nalyzer-XLAl21.S!38mTrg-sf234诸 Logic Analyzer-XLAl21.S!38mTrg-sf2345a01。0J.LTnUTmUTrailTeas 150NClodz_k.t-ClockCbcfeDv2bhITsralOTmlL|Tas 14T*15TSZD15通过以上两图可以发现，各管脚信号依次右移，测得发光探头1熄灭时间为8.01ms, 发光探头2周期为16.019ms，与设计假设相一致（时钟信号为1kHz，整个亮灯周期为 16ms，每个发光探头亮、灭的时间均为8ms）。4.研究改变彩灯亮灭顺序及方式的参数1）改变亮灭顺序（右移变为左移）：在实际中一般不

10、需要做这种改变。因为为了改变亮灭顺序，直接将发光探头的为制作相应调整即可。但是出于节省材料的考虑，改变S0S1的高低电平（变位01）,再把左侧Q0取反， 接到右侧74LS194的SL管脚即可。2）改变亮灭方式在实际中更多的是改变灯的亮灭花样，即亮灭方式。仍然采用右移方式，为了改变亮灭方式，只能改变左侧74LS194的SR管脚的输入 信号。SR为左侧Q0管脚取非：此时得到的亮灭方式为“闪烁式”，即每个发光探头都交替亮灭，周期均为2ms。逻辑分析仪显示结果:SR为其他管脚取非：此时得到的亮灭方式为“集群式”，即看起来好像是几个连续的光点集体向 右移动，此时若连接SR的是第k个管脚（从左至右），则每

11、个发光探头的亮灭 周期为2kms，“闪烁式”为该方式的一种特殊情况。逻辑分析仪显示结果（将Q1取反连接到SR）：每个发光探头的周期为4ms。23452345STamlGTeiillTg 12TeralSTeraHTern 15Tas ISacckjut!- _1b_r111.11.111 i L1l：!l11111nn；!:_-1_i_r_4_l:-1=_1i1_rL _L : LJj-1 :11:11|!III 111111111111111111i1iiiii1iii1iiiiiIiiiI111I1iiiiiiiii|iii;IjjjI11iii2.590 m-7.5M ns|XkcJ 4

12、.0 ms其他方式其他亮灭方式还有很多种，在此举一个较为常见的亮灭方式。即从左至右 每个发光探头依次点亮，且在整个过程中只有一个发光探头处于发光状态。类 似于光斑的向右移动。在此称之为“光斑式”。实现方法：可以使SR Q6Q7，即通过一个非门和一个与门实现，但是这 种方法的问题是，起初所有发光探头都没有亮，需要将其中一盏或几盏激活。 即需要一个开关连接SR激活电路，激活之后断开开关。电路如下：逻辑分析仪显示结果:J45J453r?TmK-leraLJTeraiUTg L5|O2574 255 us除了上述几种方式以外，还有其他多种亮灭方式，在此不一一列举。【实验总结】通过本次实验，我对于双向移位寄存器的原理和有了进一步的学习，并探究了双向移位 寄存器组成的彩灯电路在亮灭顺序和亮灭方式上的影响因素。其中的一些亮灭方式，如“闪 烁式”、“光斑式”在日常生活中较为常见。虽然不知道实际是否采用这种电路，但是能够通 过所学知识，将这些方式实现就已