四路彩灯显示电路-数字逻辑-课程设计2

数字电路逻辑设计课程设计专业班级：姓名：学号：设计课题：四路彩灯显示系统设计设计任务和要求设计一个四路彩灯控制器,设计要求如下：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：四路彩灯从左向右逐次渐亮，灯亮时间1s，共用4s；第二节拍：四路彩灯从右向左逐次渐灭，也需4s；第三节拍：四路彩灯同时亮0.5s,然后同时变暗,进行4次,所需时间也为4s。〔3〕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。2.设计分析四路彩灯既有四路输出，设依次为、、、，假设“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1所示的输出显示。表1四路彩灯输出显示说明输出所用时间开机初态0000第一节拍逐次渐亮10001100111011111s1s1s1s第二节拍逆序渐灭11101100100000001s1s1s1s第三节拍同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次111100001111000011110000111100000.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s由上表可知，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，每4s一个节拍，3个节拍共12s后反复循环。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。分频及节拍控制可以用一个模12计数器来完成；彩灯渐亮、渐灭可以用器件的左移、右移功能来实现，因此可选用移位存放器74194来完成。同时亮0.5s、同时灭0.5s可考虑把1Hz的秒脉冲信号直接加到输出显示端来完成。综上所述，要完成四路彩灯显示功能需要有分频器、节拍控制器、节拍程序执行器及脉冲源等电路。记第一，二，三节拍分别为有效时间应为4秒，结束马上开始，后马上开始，如此循环不断。为此可考虑采用移位存放器构成的移位型控制器。由于有三个状态，因此需要用三个触发器对现时状态进行记忆，为使各状态的有效时间间隔为4秒，那么驱动该移位控制器动作时钟周期应为4秒。应在开机瞬间，使移位型控制器的状态被确定下来，即节拍应为100，可控制输入信号使触发器置位、复位来实现。为实现功能要求器件具有右移功能，为实现功能要求器件有左移功能；而且左、右移输入可为“0〞也可为“1〞；为实现功能，要求器件同时具有并行置数功能。因此可选用一种具有左移、右移和并行置数功能的通用移位存放器74LS194。74LS194具有并行输入端A、B、C、D，并行输出端、、、，右移输入端SR，左移输入端SL和模式控制输入端，以及一个无条件直接去除端CLR。模式控制输入，有00、01、10、11四种组合方式，分别表示双向移位存放器所具有的四种功能，即禁止、右移、左移和并行置数。为了使当=100时，=01〔右移〕，=010时，=10〔左移〕，当=001时=11〔并行置数〕。74LS194的输出端初态均为零，在开机瞬间，使移位控制端的状态被确定下来，即=100时，=01右移串行数据输入端SR经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从右到左依次亮共4秒，当=010=10左移串行数据输入端SL经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从左到右依次灭共4秒，=001=11并行数据输入端A、B、C、D经脉冲信号经四分频电路和通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯同时为“1”0.5秒、同时为“0”0.5秒，重复4遍共4秒，完成一个循环共需12秒，12个CP脉冲。3.设计方案分析以上设计任务，该控制系统完成如图1所示的控制流程，系统结构框图如图2所示。其中脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为1Hz的时钟信号；分频器将1Hz的时钟信号四分频，用以产生0.25Hz〔即4S〕的时钟信号；节拍控制器产生三个节拍循环的控制信号；节拍程序执行器完成在每个节拍下的系统动作，即数据的左移、右移和送数功能，可以使用双向通用移位存放器74LS194完成；显示电路完成系统循环演示的指示，可以用发光二极管模拟。系统控制流程图及控制系统结构框图如下列图所示：图1：四路彩灯控制流程图图2：四路彩灯控制系统结构框图4.设计实现下列图为四路彩灯显示的一种简易实现电路。该电路选用同步十六进制计数器74161实现模12分频及节拍控制，用4位双向移位存放器74191实现彩灯的渐亮、渐灭功能。图3：四路彩灯显示系统的一种实现电路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翻开，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7416174194彩灯输出第一节拍00000101000110101010110001100111011111000110011101111第二节拍10010111001111010101011101100100000001110110010000000第三节拍0001001101010111010101000000000000000001Hz时钟CP注：时钟由第三节拍的1011返回到第一节拍的0000循环进行5.四路彩灯系统程序表说明输出时间开机状态000011114s00004s11111111000000004s6.所需器件74LS74D5个、74LS194D1个、74LS02N2个、74LS0