四路彩灯显示系统设计
四路彩灯显示系统设计 课程名称: 数字电路逻辑设计 设计项目:四路彩灯显示系统设计 专业班级: 通信 学号: 学生姓名: 同组人姓名: 指导老师: 设计课题:四路彩灯显示系统设计 一、 设计目的 1、 熟识常用中规模计数器的逻辑功能。 2、 驾驭技术、译码电路的工作原理与应用。 3、 熟识移位寄存器的工作原理、典型应用和调试方法。 二、 设计任务与要求 设计一个四路彩灯限制器,设计要求如下: (1) 接通电源后,彩灯可以自动按预先设置的程序循环闪耀。 (2) 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; 其次节拍: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,一共须要12s。一次循环之后重复进行闪耀。 三、设计原理 图(a)四路彩灯限制流程图 四路彩灯即有四路发光二极管输出,设依次为、、、,若用高电平“1”表示灯亮,低电平“0”表示灯灭,由课程设计要求可知四路彩灯显示系统有如下表所示的输出显示。 四路彩灯输出显示 说 明 输 出 所用时间 开机初态 0 0 0 0 第一节拍 逐次渐亮 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1s 1s 1s 1s 其次节拍 逆序渐灭 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1s 1s 1s 1s 第三节拍 同时亮0.5s,然后同时灭0.5s,进行四次 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 分析可知,要实现上表所示功能,须要一个分频器起节拍产生和限制作用,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。 分频与节拍限制可以用同步十六进制计数器74LS161实现模12分频与节拍限制;彩灯渐亮、渐灭可以用器件的左移、右移功能来实现,因此可选用移位寄存器74LS194来完成。同时亮0.5s、同时灭0.5s可考虑把1Hz的秒脉冲信号干脆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须要有分频器、节拍限制器、节拍程序执行器与脉冲源等电路。 四、设计实现 1、分频与节拍限制的实现 分频与节拍限制可以用同步十六进制计数器74LS161实现模12分频与节拍限制。 12进制循环限制电路示意图 2、彩灯花样输出电路 记第一,二,三节拍分别为有效时间应为4秒,结束立刻起先,后立刻起先,如此循环不断。为此可考虑采纳移位寄存器构成的移位型限制器。由于有三个状态,因此须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,则驱动该移位限制器动作时钟周期应为4秒。应在开机瞬间,使移位型限制器的状态被确定下来,即节拍应为100,可限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寄存器74LS194。 运用到74LS194功能表 输入 输出 功能 S1 S0 CP SL SR D0 D1 D3 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 0 ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ 0 0 0 0 清零 1 1 1 ↑ ╳ ╳ d0 d1 d2 d3 d0 d1 d2 d3 送数 1 0 1 ↑ ╳ 1 ╳ ╳ ╳ ╳ 1 Q0 Q1 Q2 右移 1 1 0 ↑ 0 ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ Q1 Q2 Q3 0 左移 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和模式限制输入端,以与一个无条件干脆清除端CLR。模式限制输入,有00、01、10、11四种组合方式,分别表示双向移位寄存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,使移位限制端 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。 2、设计实现 下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74LS161实现模12分频与节拍限制,用4位双向移位寄存器74LS194实现彩灯的渐亮、渐灭功能。 四路彩灯显示系统的实现电路 四路彩灯显示系统的工作过程如下表所示。74161的输出为;74194的输出为;四路彩灯的输出为。74194的工作方式限制端,。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;在其次节拍中,,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仍旧左移,始终保持为0000。此时,门G打开,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