彩灯循环-数电课程设计

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书课程设计任务学姓：殷荣指教：尹

专班：工单：

通0704信工学题

目:

彩循显控电设初条：计数器、信号发生器、译码管、数码管、计数器和相关门电路，可以选用其他的计数器和集成电路，但必须给出原理说明要完的要务: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、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列、3、5、7、9（奇数列2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、、1（音乐符号数列后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列......如此周而复始，不断循环。设要错误！找到引用源打开电源时，控制器可自动清零。错误！找到引用源每个数字的一次显示时间基本相等，这个时间在到2s范围内连续可调。错误！找到引用源定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。错误！找到引用源用EWB软件或者multisim软件或者Quartus软件完成仿真。时安：第19周，安排任务与理论讲解第19-20周，方案设计与仿真第20周，完成（答辩，提交报告，演示）指教签：系任或任师签：

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摘

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书目录ABSTRACT........................................................................................................................................II1主要任务及指标要.................................................................................................................12方案论证与实..........................................................................................................................2.1振荡电路部分2.2数列循环部分2.3数列显示部分3单元电路的设计及其原.........................................................................................................3.1振荡电路的设计3.2数列循环电路的设计3.3数列显示电路的设计自然列显电路设...........................................................................................奇序显示路的...............................................................................................9偶序显示路的.............................................................................................音乐列显电路设.........................................................................................113.4总电路图的设计4仿真结...................................................................................................................................144.1振荡电路的仿真4.2二分频电路的仿真5仿真结果分...........................................................................................................................6心得体...................................................................................................................................17参考文......................................................................................................................................18附录：元件清..........................................................................................................................19

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书摘

要由于该彩灯循环控制电路的实质就是要产生一系列有规律的数列，然后通过一个七段数码管显示出来，故本次课程设计主要是用计数器来实现的。计数器在时序电路中应用的很广泛，它不仅可以用于对脉冲进行计数，还可用于分频，定时，产生节拍脉冲以及其他时序信号。运用计数器的不同的功能和不同的触发就可以实现不同的序列输出了。本设计中彩灯循环显示器能够按照要求依次输出自然序列，奇数序列，偶数序列还有音乐序列。为了实现这个循环输出的功能，在设计的时候还用到了一个移位寄存器，可以利用它的输出端来控制四个计数器的工作情况，可以让四个计数器依次工作，就可以达到要求的依次循环输出数列。最后还有一个部分就是脉冲的产生基于多谐振荡器可以产生方波，就可以利用它来产生脉冲信号了。而这个多谐振荡器采用的是定时器来完成的。以上三个部分共同组成了本设计电路！I

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书AbstractthelanternthesubstanceofcyclecontrolcircuitistoproduceaseriesofandthenthroughaLEDdisplay,theofcoursemainlyusedtoachievetimingcircuitinofapplications,itbenotonlytocountcanalsousedfortiming,resultinginbeat,aswellasothertimingpulse.useofdifferenttriggersbetheoutputofdifferentofthedesigncyclecandisplaytheoutputinaccordancewithofnaturalsequenceinodd-numberedevensequencemusicInthiscycleoftheoutputdesignofalsoaregister,youcanuseittocontroltheoutputoftheworkofthefourcounters,youturnsothefourcounters,wecanmeetrequirementofcycleoutputFinally,isapartofgeneratedpulseMultivibratorBasedonsquarecangenerated,canuseittogenerateaMultivibratorThisisusedtocomplete555timer.Composedofthreeoveracircuitofthisdesign!II

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书彩灯循环显示制电路设计1要任务及指标要求（1）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、、2、3、4、5、6、7、89（自然数列、、、、（奇数列0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、34、5、6、7、0、（音乐符号数列后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数序列，音乐符号序列.....如此周而复始，不断循环。（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，这个时间在到2s范围内连续可调。1

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书2案论证与实现2.1振荡电路部分产生信号脉冲的方法很多，这里我在设计的时候选用的是用多谐振荡器，它是一种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常作为脉冲信号源。由于不用接输入信号就可以产生所需要的矩形波，所以在设计的时候就选用这个方案。而选用的电路是用555时器构成的，因为555定时器内部比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用它组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小，这样使产生的矩形波更稳定。电路图如图1图脉信产生电路图2.2数列循环部分2

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书采用一个2--4线译码器和一个四进制计数器可以让四组数列依次循环译码器的输出依次去控制芯片清零端，再通过四进制计数器来控制译码器输入，这样就可以使得译码器的四个输出不断循环而四进制计数器的时钟脉冲则可通过每个74LS161芯片的进位端经过一四输入或门（这里我们采用集成门电路输出来控制。其电路图如图图

用译码器实现的循环电路在这个部分中主要用到的芯片有数器和译码管以及四输入集成或门芯片，它们的引脚图和功能表分别如下图和表所示。表74LS390的功能表输入

输出R

01

R

02

91

92

A

B

Q

D

Q

C

Q

B

Q

A110

110

0×11

×011

××××

××××

0011

0000

0000

0011

0

二进制计数R=00102

9192

=0

0

五进制计数

Q

A

8421十进制计数Q

D

5421码十进制计数

表的能表3

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书输入

输出BA××1000001010011

Y11110

3

Y11101

2

Y11011

1

Y10111

02.3数列显示部分设计要求中明确规定以码管作为控制器的显示元件，因此，再搭建实物过程中首先要设计好数码管驱动电路LED数码管是将数个条状发光二极管共阴极连接，排成字形，而将另一端做控制端分别引出而制成。每只数码管由7组成，故称七段数码管。使用时，接通相对应的数段，则可得到一系列数字。数字、显示图形与发光段的对应关系见图实现计数器输出和数码管输入的转换采用数码器。本部分采用的74LS48的输出是高电平有效、驱动共阴极数码管图为74LS48外引脚图表为74LS48功能表。图74LS48引图4

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书表功表LTRBI

AA0

YYYYab×101

×0××

0111

××××0000××××××××

000000000000001111111译码输出由此组成的数码管驱动电路如图4：图数管动电路图搭建好数码管驱动电路后，再来设计数列发生电路，利计数器可以实现设计要求中的数列，根据数列不同的特点来搭建电路就可以实现相关功能，电路图如图5图5

数列显示电路原理图5

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书其中主要使用计数器来实现自然数列的计数，其功能表以及引脚图如图6。图的脚图表474LS161功表CLR

EN

EN

CL

ABDQ

A

Q

B

Q

C

Q

D

RC

T

K

O

×

×

×

×

××

×

×

POS

×

×

×

×

A

B

C

D

﹡1

POS

×

×

×

×

﹡1

×

×

××

××

××

××

××

QQ

A0A

QQ

QQ

QQ

﹡1﹡16

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书3元电路的设计及其原理此电路主要由三部分组成；即振荡电路，数列循环电路以及数列显示电路。其中振荡电路产生可调的脉冲信号，使得每个数字的显示时间在0.5s到2s范围内连续可调；数列循环电路使得整个数列可以不断循环显示，数列显示电路使得最终显示效果可以按照任务要求依次显示自然数列，奇数数列，偶数数列，音乐符号数列。3.1振荡电路的设计在这个部分主要是应用了555定时器，采用定时器组成的振荡器，主要用来产生时间基准信号（脉冲信号为任务要求频率可调，则可以选择使用由555定时器组成的多谐振荡器。多谐振荡器的优点是在接通电源之后就可以产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，而不需要再外加输入信号了。而用555时器设计的多谐振荡器也有很多优点，由于555时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，这样就使多谐振荡器产生的振荡频率受电源电压和环境温度变化的影响很小。电路如图：图7脉冲产生电路7

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书3.2数列循环电路的设计这个电路的作用是为了使自然序列，奇数序列，偶数序列，音乐序列循环显示。其中四个计数器的进位端接到四输入或门的输入端其输出端接到74LS390的CPA于是每当计数器进一位时，变为高电平有效，从而使得译码器的地址输入端发生改变，进而控制计数器的动作状态，即可以由译码器来决定哪个74LS161计数器来工作。当QA,QB为“0时，这时译码器的出端就只有为0，接一个反相器然后再接产生自然序列0的计数器的清零端;这样就可以实现只有自然序列输出的功能理当0”1”时，这是译码器的输出端就只有，接一个反相器然后再接产生奇数序列的计数器的1清零端，这样就可以实现只有奇数序列输出的功能当QA,QB为“1”“0”时，这是译码器的输出端就只有为0，接一个反相器然后再接产生偶数序列的计数器的清零端，这2样就可以实现只有偶数序列输出的功能当QA,QB“1”,“1”时，这是译码器的输出端就只有0，接一个反相器然后再接产生音乐序列的计数器的清零端，这样就可以实3现只有音乐序列输出的功能。其产生序列的功能就是这样实现的。其电路图如图8图83.3数列显示电路的设计

数列循环电路原理图8

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书这部分电路我们选择芯片，在脉冲信号的触发下，计数器的输出端的状态依次为0000→0001→0010→0100→0101→1000，因此对于这个部分我们只要将计数器的输出端和数码管的输入端口相接就可以在数码管上面看到依次显示从0到9。其序列显示电路图如图9图9

自然数列的显示电路图0~9的BCD码分别为0000→0001→0010→0011→0100→0101→1000，通过观察可知奇数1357的码最后一位都为1也就是说，我们可以通过中所示数码管的最低位上接入高电平就能够使其显示奇数列此74LS161芯片仍然实现十进制计数，只不过数码管上只会显示奇数了；但是显示的时间间隔会是上图中自然数列显示间隔的两倍；因此，为了实现相邻显示时间间隔相等，我们选择利用二分频电路解决上述问题。奇序列显示电路图如图；9

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书图

奇数序列的显示电路图由3.2.2结论可知偶数0，2，4，，用8421BCD码分别表示为0000，“0010”“0100”,“0110”,“1000的最后一位都为也就是说我们可以通过中所示数码管的最低位上接入低电平就能够使其显示偶数列。此时，芯片仍然实现十进制计数，只不过数码管上只会显示偶数了；但是显示的时间间隔会是图中自然数列显示间隔的两倍；因此，为了实现相邻显示时间间隔相等，我们选择利用二分频电路解决上述问题。偶数列显示电路图如图11图偶序列的显示电路图10

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书通过观察十进制数的BCD码就不难发现从显示到7这8个十进制数的BCD码的高位均为0并且8这个十进制数的码的高位就变成了1利用这一点我们就可以将数码管的最高位固定接低电平，从而实现音乐数列的显示。因为输出端只有三个与数码管相接，当74LS161的输出为“1000”和“1001”时，这时由于数码管最高位是固定接低电平的，也就是数码管的输入端仍是“0000样数码管的显示就又变成0和1了。其序列显示电路图如图12图音数列的现实路图11

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书3.4总电路图的设计这个电路图可以实现设计的要求，可以依次输出自然数列，奇数序列，偶数序列还有音乐数列，而且还可以循环输出，数码管的显示的间隔时间也可以通过调节脉冲信号的频率来进行调整。电路图中四个输出端口分别与四个与门相接然后再将四个门电路的输出端分别与数码管的输入端相接。其中产生自然数列和音乐数列的脉冲信号的频率是产生奇数序列和偶数序列的脉冲信号的频率是倍，这是因为为了实现数字显示时间间隔相等的要求，这里利用二分频器很好地实现了这一功能。因为奇、偶序列数字显示时间间隔是自然序列和音乐序列的2倍为了实现显示数字时间间隔相等的要求以使用二分频电路，让自然序列和音乐序列的显示时间与奇偶电路的显示时间相等JK触发器可以构成二分频电路。由于JK触发器的状态方程

n

JQ

n

KQ

n

，将JK触发器的J、K端均接在高电平，则从输出端Q输出的是二分频后的时间脉冲，其时间间隔为原脉冲的倍。当打开电路的开关后，首先就是输出自然序列，这时是74LS161A先工作，它的清零端接的是1“，这时就是处在计数的操作，然后输出通过与或门相接再接至数码管的输入端，就可以依次显示0到9，74LS161A的输出要从变到0的瞬间，它的进位端的状态是”1”，然后通过一个或门接至的脉冲输入端，这时从“0”变至“1恰好有一个脉冲，就可以通过译码器使开始工作即开始计数，它从9变至1时，又通过进位端给74LS390一个脉冲，然后就通过译码器又使74LS161C开始工作，它从变至8，当它从8变至0时，它的进位端又变至1又可以给74LS390个脉冲信号，最后就通过译码器控制74LS161D的工作，输出音乐数列。如此周而复始的这样循环，就可以实现我们需要的功能了。其电路图如图12

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书图13总电路图13

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书4真结果4.1振荡电路的仿真图14脉产生电路的仿真14

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书4.2二分频电路的仿真图15二分频电路图

二分频电路的仿真15

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书5真结果分析经测试之后，电路可以实现设计要求，可以实现从自然数列，奇数数列和音乐数列的循环显示，而且数字之间的显示时间间隔也可以通过改变脉冲信号的频率来改变。电路有一个缺点就是不能实现清零的作用，每次打开电源它的起始的数列是未知的，这点还需要改进。16

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书6得体会这次的课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理论知识还有自己的想象的能力，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己处理分析电路，设计电路的能力。我相信是对我的一个很好的提高。平时在学习理论知识的时候，根本就没有想到我所学的这些东西有什么用它们可以做成什么，只是一味利用它们来解决课后的习题，没有想其他的用途。这次的课程设计让我懂得了它们在实际中的用途，还有我们身边的很多电路，例如频率计、交通灯、数字钟„这些都是我们自己可以实现的，突然感觉自己学的东西很有用我相信这样就可以激发我以后的学习兴趣这样有利用今后更好地习。通过这次课程设计，我还更加深了理论知识的学习。这次的设计电路我用到了计数器还有译码器，通过自己分析和设计更好地运用了它们，而且还学会了它们更多的功能，发现它们的功能远比功能表里面说的多很多，可以利用不同的接法设计出各种各样不同的电路出来另外在分析比较设计循环电路的环节中我还考虑