課程設(shè)計---四路彩燈顯示系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　數(shù)字電路邏輯設(shè)計</b></p><p><b>　　課</b></p><p><b>　　程</b></p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計</b></p>

2、<p>　　設(shè)計題目： </p><p><b>　　專業(yè)班級： </b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學(xué) 號： </b></p><p>　　設(shè)計課題：四路彩燈顯示系統(tǒng)設(shè)計</p>

3、<p><b>　　設(shè)計任務(wù)和要求</b></p><p>　　設(shè)計一個四路彩燈控制器,設(shè)計要求如下：</p><p>　　接通電源后，彩燈可以自動按預(yù)先設(shè)置的程序循環(huán)閃爍。</p><p>　　設(shè)置的彩燈花型由三個節(jié)拍組成：</p><p>　　第一節(jié)拍：四路彩燈從左向右逐次漸亮，燈亮?xí)r間1s，共用4s；

4、</p><p>　　第二節(jié)拍：四路彩燈從右向左逐次漸滅，也需4s；</p><p>　　第三節(jié)拍：四路彩燈同時亮0.5s,然后同時變暗,進(jìn)行4次,所需時間也為4s。</p><p>　?。?）三個節(jié)拍完成一個循環(huán)，一共需要12s。一次循環(huán)之后重復(fù)進(jìn)行閃爍。</p><p><b>　　2. 設(shè)計分析</b></p

5、><p>　　四路彩燈既有四路輸出，設(shè)依次為、、、，若“1”表示燈亮，“0”表示燈滅，由課題要求可知四路彩燈顯示系統(tǒng)要求如下表1所示的輸出顯示。</p><p>　　表1 四路彩燈輸出顯示</p><p>　　由上表可知，需要一個分頻器起節(jié)拍產(chǎn)生和控制作用，每4s一個節(jié)拍，3個節(jié)拍共12s后反復(fù)循環(huán)。一個節(jié)拍結(jié)束后應(yīng)產(chǎn)生一個信號到節(jié)拍程序執(zhí)行器，完成彩燈漸亮、漸滅、同

6、時亮、同時滅等功能。</p><p>　　分頻及節(jié)拍控制可以用一個模12計數(shù)器來完成；彩燈漸亮、漸滅可以用器件的左移、右移功能來實現(xiàn)，因此可選用移位寄存器74194來完成。同時亮0.5s、同時滅0.5s可考慮把1Hz的秒脈沖信號直接加到輸出顯示端來完成。</p><p>　　綜上所述，要完成四路彩燈顯示功能需要有分頻器、節(jié)拍控制器、節(jié)拍程序執(zhí)行器及脈沖源等電路。</p>&l

7、t;p>　　記第一，二，三節(jié)拍分別為有效時間應(yīng)為4秒，結(jié)束馬上開始，后馬上開始，如此循環(huán)不斷。為此可考慮采用移位寄存器構(gòu)成的移位型控制器。由于有三個狀態(tài)，因此需要用三個觸發(fā)器對現(xiàn)時狀態(tài)進(jìn)行記憶，為使各狀態(tài)的有效時間間隔為4秒，則驅(qū)動該移位控制器動作時鐘周期應(yīng)為4秒。應(yīng)在開機瞬間，使移位型控制器的狀態(tài)被確定下來，即節(jié)拍應(yīng)為100，可控制輸入信號使觸發(fā)器置位、復(fù)位來實現(xiàn)。 </p><p>　　為實現(xiàn)功能要求器

8、件具有右移功能，為實現(xiàn)功能要求器件有左移功能；而且左、右移輸入可為“0”也可為“1”；為實現(xiàn)功能，要求器件同時具有并行置數(shù)功能。因此可選用一種具有左移、右移和并行置數(shù)功能的通用移位寄存器74LS194。74LS194具有并行輸入端A、B、C、D，并行輸出端、、、，右移輸入端SR，左移輸入端SL和模式控制輸入端，以及一個無條件直接清除端CLR。模式控制輸入，有00、01、10、11四種組合方式，分別表示雙向移位寄存器所具有的四種功能，即禁

9、止、右移、左移和并行置數(shù)。為了使當(dāng)=100時， =01（右移），=010時，=10（左移），當(dāng)=001時=11（并行置數(shù)）。</p><p>　　74LS194的輸出端初態(tài)均為零，在開機瞬間，使移位控制端 的狀態(tài)被確定下來，即 =100時， =01 右移串行數(shù)據(jù)輸入端 SR經(jīng)脈沖信號經(jīng)四分頻電路和 通過兩或門組成的節(jié)拍電路，使四路彩燈從右到左依次亮共 4秒 ，當(dāng) =010 =10 左移串行數(shù)據(jù)輸入端 SL經(jīng)

10、脈沖信號經(jīng)四分頻電路和 通過兩或門組成的節(jié)拍電路，使四路彩燈從左到右依次滅共 4秒， =001 =11 并行數(shù)據(jù)輸入端 A、B、C、D經(jīng)脈沖信號經(jīng)四分頻電路和 通過兩或門組成的節(jié)拍電路，使四路彩燈同時為“ 1”0.5秒、同時為“0”0.5秒，重復(fù)4遍共4秒，完成一個循環(huán)共需12秒，12個CP脈沖。</p><p><b>　　3. 設(shè)計方案</b></p><p>

11、　　分析以上設(shè)計任務(wù)，該控制系統(tǒng)完成如圖3-4所示的控制流程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-5所示。其中脈沖源采用秒脈沖發(fā)生器，用以提供頻率為1Hz的時鐘信號；分頻器將1Hz的時鐘信號四分頻，用以產(chǎn)生0.25Hz（即4S）的時鐘信號；節(jié)拍控制器產(chǎn)生三個節(jié)拍循環(huán)的控制信號；節(jié)拍程序執(zhí)行器完成在每個節(jié)拍下的系統(tǒng)動作，即數(shù)據(jù)的左移、右移和送數(shù)功能，可以使用雙向通用移位寄存器74LS194完成；顯示電路完成系統(tǒng)循環(huán)演示的指示，可以用發(fā)光二極管模擬。<

12、;/p><p>　　系統(tǒng)控制流程圖及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：</p><p>　　圖1：四路彩燈控制流程圖</p><p>　　圖2：四路彩燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　4. 設(shè)計實現(xiàn) </b></p><p>　　下圖為四路彩燈顯示的一種簡易實現(xiàn)電路。該電路選用同步十六進(jìn)制計數(shù)

13、器74161實現(xiàn)模12分頻及節(jié)拍控制，用4位雙向移位寄存器74191實現(xiàn)彩燈的漸亮、漸滅功能。</p><p>　　圖3：四路彩燈顯示系統(tǒng)的一種實現(xiàn)電路</p><p>　　四路彩燈顯示系統(tǒng)的工作過程如表2所示。74161的輸出為；74194的輸出為；四路彩燈的輸出為。74194的工作方式控制端，。在第一節(jié)拍中，，74194實現(xiàn)右移功能，即在時鐘脈沖作用下，把逐次移進(jìn)；在第二節(jié)拍中，，74

14、194實現(xiàn)左移功能，即在時鐘脈沖作用下，把逐次反方向移進(jìn)。由于前兩個節(jié)拍中，門G關(guān)閉，輸出為0，因此四路彩燈的輸出。在第三節(jié)拍中，，74194仍然左移，一直保持為0000。此時，門G打開，時鐘脈沖CP同時加到四個輸出端，由于CP是1Hz秒脈沖，在1s時間內(nèi)高電平和低電平持續(xù)時間均為0.5s，因此實現(xiàn)同時亮0.5s、同時滅0.5s，在4s內(nèi)共進(jìn)行4次。第三節(jié)拍結(jié)束后返回第一節(jié)拍，如此反復(fù)，實現(xiàn)四路彩燈循環(huán)顯示。</p>&l

15、t;p>　　表2 四路彩燈工作過程</p><p>　　注：時鐘由第三節(jié)拍的1011返回到第一節(jié)拍的0000循環(huán)進(jìn)行</p><p>　　5. 四路彩燈系統(tǒng)程序表</p><p><b>　　6. 設(shè)計說明</b></p><p>　　利用74LS02N節(jié)拍控制器、74LS74D組成的四分頻電路，74LS194D

16、左右雙向移位。下面是它們的引腳圖：</p><p><b>　　7. 所需器件</b></p><p>　　74LS74D 5個、74LS194D 1個、74LS02N 2個、74LS05N 2個、開關(guān) 1個、時鐘源10000 HZ 5V 1個、5V 電壓源 1個、探燈4個、導(dǎo)線若干條。</p><p>　　8. EDA仿真電路

17、圖</p><p>　　通過EDA仿真，該電路可以實現(xiàn)實驗要求的四路彩燈顯示系統(tǒng)及其循環(huán)。</p><p><b>　　9. 設(shè)計實現(xiàn)功能</b></p><p>　　系統(tǒng)啟動后按開關(guān)兩次, 自動從初始狀態(tài)按照規(guī)定程序完成3個節(jié)拍的循環(huán)演示。第一節(jié)拍：四路彩燈從左向右逐次漸亮。第二節(jié)拍：四路彩燈從右向左逐次漸滅。第三節(jié)拍：四路彩燈同時亮,然后同

18、時變暗。</p><p>　　10. 實際電路的連接和調(diào)試</p><p>　　按照仿真的電路圖和上面芯片的引腳圖在面包板上連好線路，經(jīng)檢查無誤后，接通電源可看到四個二極管都亮，拔動開關(guān)，調(diào)好脈沖，觀察二極管的變化，可以看到電路和仿真的一樣。</p><p><b>　　11. 設(shè)計應(yīng)用</b></p><p>　　該設(shè)

19、計制作成飾燈,增加彩燈的數(shù)量可現(xiàn)實所需要的圖形輸出，作閃爍燈光使用可應(yīng)用于商業(yè)廣告或者霓虹燈和家居裝飾品。</p><p><b>　　12. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　白靜.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計 西安電子科技大學(xué)出版社，2009.</p><p><b>　　13. 經(jīng)驗總結(jié)</b></p>&

20、lt;p>　　通過本學(xué)期對數(shù)字電路邏輯設(shè)計一書的學(xué)習(xí)，課程結(jié)束后完成了本次課程設(shè)計。在此次課程設(shè)計實驗中，通過查找資料和網(wǎng)上搜索相關(guān)資料，我學(xué)會了寄存器的使用方法， 熟悉了寄存器的一般應(yīng)用，基本掌握了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的方法。在這個數(shù)字電路中我們可以觀測到，當(dāng)輸入“12”個脈沖以后，輸出數(shù)據(jù)回到起始值，12個脈沖構(gòu)成一組循環(huán)，因此，可以把該電路作為一個“12”進(jìn)制的計數(shù)器。通過本課程設(shè)計我基本掌握了數(shù)字系統(tǒng)的仿真與設(shè)計方法。使我認(rèn)