彩灯循环-数电课设

1、题 目:彩灯循环显示控制电路初始条件：以 LED 数码管作为控制器的显示元件，它能自动地依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、91、3、5、7、90、2、4、6、8（偶数列）和 0、1、2、3、4、5、6、0、1数列和音乐符号数列.，如此周而复始，不断循环。要求完成的主要任务:1. LED 按要求显示。2. 打开电源时，控制器可自动清零。3. 每个数字的一次显示时间基本相等，这个时间在 0.5s 到 2s 范围内连续可调。4. 确定设计方案，按功能模块的划分元器件和集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，并阐述原理；5. 用 EWB 软件或 quartus 等仿真软件进行仿真试

2、验。时间安排：第 17 周（7、8 1-02第 1819 周：理论设计及实验室安装调试；地点：鉴主 15 通信工程实验室（1 13 通信工程专业实验室；第 20 周：撰写设计报告及答辩；地点：鉴主 17 楼研究室。指导教师签名：系主任（或责任教师）签名：年 月 日目录摘要.IASTRACT.II1设计方案 .11.1方案一：用多谐振荡器和移位寄存器实现 .11.2方案二：用存储器实现 .12单元电路的设计 .12.1方案一的单元电路 .12.1.1多谐振荡器 .12.1.2 计数器.42.1.2.1 74LS160控制自然数列的显示.52.1.2.2 74LS160控制奇数列的显示.62.1.

3、2.3 74LS160控制偶数列的显示.72.1.2.4 74LS160控制音乐符号列的显示.82.1.3循环控制电路 .92.1.4译码及显示 .112.2方案二的设计思路 .133设计方案比较 .144原理说明 .14设计心得：.16参考文献：.17整体电路图：.18原件清单：.19XX 大学数字电子技术课程设计摘要本次课程设计内容是彩灯循环显示控制电路设计。所选方案是由自然数列循环控制电路、奇数列循环控制电路、偶数列循环控制电路、音乐符号数列循环控制电路、555 振荡器和循环控制电路构成这几个系统构成的。其中自然数列和音乐符号数列的区别只在于循环周期不同，而奇数列和偶数列的不同之处在于奇

4、数列低位恒为高，偶数列的低位则恒为 74LS160 74LS194构成的循环控制来控制。此电路系统通过仿真测试，性能良好，可以达到设计要求。关键词：多谐振荡器、74LS194 双向移位寄存器、74LS160 十进制计数器、LED 数码管、存储器。IXX 大学数字电子技术课程设计AstractThe object of this designable course is try to scheme out The lantern display cycle controlcircuit。The selected programme is made up with Natural series c

5、ycle control circuit,Odd-outcycle control circuit,Even out cycle control circuit,Series of musical notation cycle controlcircuit, 555 oscillator and cycle control circuit made with Shift Register.Thereinto,the differencebetween Natural series and music symbols series is only lie in the different cyc

6、le,and thedifference between the odd-numbered columns and even out is the odd low Low-hang out isalways high, but even outs Low-hang out is always low.Cycle series choose Members ofCanadian Counter 74LS160. The four different Circulation Control System is controled by Cyclecontrol with made with 74L

7、S194.The Simulation tests proofed this circuit system is goodperformance and can meet the design requirements.Keywords: Harmonic oscillators ,74LS194 Two-way shift register ,74LS160Members of the counter , LED digital lamp .IIXX 大学数字电子技术课程设计彩灯循环显示控制电路设计1 设计方案随着怎么生活水平提高，节日彩灯应用越来越频繁，此设计要求就是要制作一个以LED数码

8、管作为控制器的显示元件，按照规定规律显示的循环系统。完成此设计任务的方案有很多，要求按照指定规则显示出相应的数据，则有以下几种方法。1.1 方案一：用多谐振荡器和移位寄存器实现用十进制加计数器控制显示数列的循环，移位寄存器控制计数器的工作状态从而控制显示规律,555 振荡器为计数器提供时钟信号。难点在于如何实现音乐数列到自然数列的循环：即移位寄存器移位到最后一位时，如何使下一个脉冲让控制自然数列的计数器计数。1.2 方案二：用存储器实现将七段显示管的各个 LED管视为单一的 LED，按照显示规律归纳出七段LED相应的显示管的序列规律，用顺序地址发生器送地址给存储器，将存储器存储的数据线信号经过

9、驱动后送到 LED显示，使之按要求规律显示。2 单元电路的设计2.1 方案一的单元电路2.1.1 多谐振荡器多谐振荡器控制数字显示时间，设计要求数字的现实时间可在 0.2s0.5s 之间调节，既是要求振荡器的频率可调。本设计选用 555 定时器组成多谐振荡器，如图 2-1-2 所示。基本原理是，当接通电源时，由于电容两端的电压不能突变，定时器的 (2 脚)端低触发端为低电平，输出端OUT（3 R1XX 大学数字电子技术课程设计和滑动变阻器 Rp 2/3 时，555 内部 MOS 管导通，R输出为低电平。电容通过和 MOS 管放电，当电容两端的电压下降到低于 1/3 电源电2R R压时，MOS

10、管截止电容放点停止，电压通过 、 再次向电容充电，如此反复形成振荡。12其振荡周期为：T 0.7( R 2R )C120.2ST0.5S也就是要求频率范围是设计要求是时间在 0.5s 到 2s 范围内，即25Hzf=1/T,所以1.43f ( R 2 R )C121.43取T 0.5Sf 2HzR K，C F(R 2R C2121.5M；同理，取T SR 0.6M1。得R1图 2XX 大学数字电子技术课程设计图 下图 2-1-3 为连好的振荡器仿真的波形图，可以明显看见它能以一定频率发出上跳脉冲信号频率在25Hz时钟脉冲信号，能满足要求。3XX 大学数字电子技术课程设计图 2.1.2 计数器本

11、电路选用集成芯片 74LS160作为十进制计数器。74LS160 是一个具有异步清零、 , 功能表和管脚图分别见图 2-2-1和表 2-2-174LS160能。使用 74LS160通过置零法或置数法可以实现任意低于十进制的计数器。4XX 大学数字电子技术课程设计图 011111010 111表 2.1.2.1 74LS160控制自然数列的显示将 74LS160的四个输出端 Q分别与数码显示管从右到左四个管脚相连，如下图 2-2-2所示。由 74LS160逻辑功能表可以知道 74LS160 只有在异步清除端和同时接高电平，且EP 和 ET端也接高电平，同时有上跳冲击信号CP的作用时计数器才处于

12、74LS160 25Hz 就能按设计要求显示自然数列了。5XX 大学数字电子技术课程设计图 2.1.2.2 74LS160控制奇数列的显示根据显示奇数列时 QaQd 的真值表（表 2-2-2）归纳得：显示奇数时，奇 Q3 Q2 Q1 Q0数1 03 05 07 09 1001100101011111表 低位 Q0输出恒为 16XX 大学数字电子技术课程设计000001010011100000 的循环，计数器的输出就能按要求显示奇数列了此部分只需要进行 5 进制循环，因此需要对 74LS160进行异步清零，如下图 2-2-3 所示的与非门连线。图 2.1.2.3 74LS160控制偶数列的显示显

13、示偶数列时 QaQd 的真值表为表 2-2-3：偶 Q3 Q2 Q1 Q0数0 02 04 06 08 1001100101000000表 7XX 大学数字电子技术课程设计与奇数显示时类似，区别在于七段显示管的低端输入Q0恒为低电平，因此此处应该将显示管的 Q0 端接低，74LS160 的 、Qb、Qc 分别接在显示管的剩下的三个管脚，如此，74LS160只需进行和上一步一样的循环显示管就可以按要求显示偶数列了。图 2.1.2.4 74LS160控制音乐符号列的显示音乐符号序列显示规律是 07 09 区别在于音乐符号序列只需进行 8 进制循环即可，所以在自然数序列显示图的基础上加一个异步清零即

14、可使显示管按照要求显示音乐符号序列。如图 2-2-5，一旦 74LS160 循环达到 1000，非门输出为 0，即达到了对 74LS160计数器进行清零的目的。8XX 大学数字电子技术课程设计图 2.1.3循环控制电路循环控制电路可用移位寄存器构成，通过高电平的移动来控制四个数字循环系统的工作状态，清零端与高电平的输出端相连的 74LS160 才能正常计数。本实验选用四位的双向移位寄存器 74LS194，其功能表和管脚图见下面表 2-3-1 和图 2-3-1。9XX 大学数字电子技术课程设计图 表 先将寄存器置入 ,使得 QaQbQcQd=1000,再让移位寄存器实现右移功能，SR 端与 Qd

15、相连，便可得QaQbQcQd10000100001000011000 的循环，用Qa,Qb,Qc,Qd 分别接自然序列，奇数序列，偶数序列，音乐符号序列产生电路的清零端便可实行控制功能。循环控制电路如下图 2-3-2：10XX 大学数字电子技术课程设计图 2.1.4译码及显示分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。因此，为了使数码管能将数码所代表的数显示出来， 必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段。例如，对于8421BCD 码的 0011状态，对应的十进制数为3，则译码驱动器应使 bc、dg各段点亮。即对应于某一组数码，译码器应有确定的几个输出端有信号输出，这是分段式

16、数码管电路的主要特点。对于共阴极七段显示管选用集成译码芯片 74LS48。74LS48的管脚图和功能表如图 2-4-1 和表 2-4-1 所示：11XX 大学数字电子技术课程设计Outputsafgbcde161514131211109VccGND1B2C3LT4BI5RBI6D7A8Inputs/RBOInputs7448图 表 为方便起见本方案直接选用自带有译码器的 LED 数码显示管，如下图 2-4-2 所示，其四个输入端从左至右分别是从高位到低位。图 12XX 大学数字电子技术课程设计2.2 方案二的设计思路本方案将数码管显示数字的规律转化为数码管的各段 LED储存 LED环发出这段地

17、址，LED就根据该段地址存储的内容循环进行显示。根据如下图 2-1 所示七段数码显示管发光段组合图列出数码管按规律显示时七个发光段二极管的显示序列，如表2-1.例如数码管显示零时 abcdefg=1111110。 此处选共阳极LED数码管。图 abcdefg01011011111011111101111100111110111111101111111111111011011011011011011101010001010000001101000111011001011010011111011011010111234567891357902413XX 大学数字电子技术课程设计6801234567

18、1110110111011111100111110111111110110110111010001011100011101100111110表 在存储器输入程序，如控制 a 段的存储器输入序列 1011011111011111101110110111101101存储器芯片同步控制 bdg段就可以做到显示管分别按照 0、1、2、3、4、5、6、7、8、91、3、5、7、90、2、4、6、8（偶数列）和 0、1、2、3、4、5、6、7、0、1自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列.，如此周而复始，不断循环。3 设计方案比较方案二虽然可以比较简单的实现循环显示的数列，但无法达到题目要求的每个数字的一

19、次显示时间基本相等，这个时间在0.5s 到 2s 范围内连续可调和打开电源时，控制器可自动清零的条件，而且此方案通用性不够强。而方案一各个部分的频率都可以直接由施密特触发器调节，调节触发器滑动变阻器就可以调节其信号发出据频率，很方便，另外接通电源系统自动由 0 开始循环，这样也达到了打开电源时，控制器可自动清零的要求。所以在此选用方案一来设计由 LED显示的循环彩灯。4 原理说明74LS160 74LS16014 01、2、3、4、5、6、7、91、3、5、7、90、2、4、6、8（偶数列）和01235670（音乐符号数列）数字显示循环，而它们的输出也由与门和四输入或门接到 74LS194 的

20、 CP 端充当其脉冲信号源。555 构成的施密特触发器为 74LS160的脉冲信号源。74LS194的四个输出端 QbQcQd 分别接于四个 74LS16014XX 大学数字电子技术课程设计的清零端，控制它们的工作状态。接通电源时，74LS194 为预置的初态 QaQbQcQd=0001，此时只有控制自然数列显示的 74LS160（1）为计数状态，而另外三个 74LS160 则都由于清零端输出为“0” ，被强制清零。由于振荡器产生的上跳沿脉冲信号由 CP 端输入，74LS160（1）进行 09 加计 QaQbQcQd=1001 QdQa1则 74LS194的 CP 端收到上跳脉冲，进行右移计数

21、，此时其输出为 QaQbQcQd=0100，74LS160（2）清零端输入为“1关于七段数码显示器的接入，四个四输入与门UaUbUcUd 分别接数码显示器的由低到高位四个输入端。74LS160（1）和（4）的输出端 、Qb、Qd分别接于 Ua、Ub、Ud，74LS160（2）和（3）的 、Qb、Qc 接 Ub、Uc、Ud，而 Qd 则悬空。Ua剩下的两个输入端接 74LS194 的 Qb 74LS160（2）计数时 74LS194 的 Qb 输11（3）计数时 74LS194的 Qb 输出为“0115XX 大学数字电子技术课程设计设计心得：在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。比如如何进行

22、奇数或偶数循环，如何让移位寄存器实现内部循环移位等。对这些问题我不断在图书馆和网上找资料，也尝试了很多种可能能够达成目的的方案，在这个过程中也学到了很多知识。用 EWB 仿真过程中几个部分电路图分开仿真时都能正常工作，在整体图中就很容易出现问题，因此在连线时应十分小心。完成课程设计的过程中我真正体验到了一个设计从前期的找资料到后来的自己设计，连线仿真，自己调试这样的整个的设计过程。在这个过程里将以前所学的知识进行了综合的运用，发现了自己很多不足的地方，理论知识与实际应用之间的距离也充分的体现了出来。当然，更多的是学到了很多的东西，为以后的设计打好基础。16XX 大学数字电子技术课程设计参考文献：1 经典实用电路大全机械工业出版社、2008 年 1 月出版、张庆双