逐亮逐灭彩灯电子课程设计.docVIP

1 电子课程设计 逐亮逐灭彩灯 学院：电子信息工程学院 专业、班级： 姓名： 学号： 指导教师：李小松 2013 年 12 月 22 日 2 目目 录录 一设计一设计任务要求及总体任务要求及总体框图框图 .3 1.总体框图与模块功能与设计思路3 2.设计方案及总体方案的选择4 二、二、选择器件选择器件 .5 1.器件选择及数量5 2.各器件的逻辑图功能及说明6 三、功能模块的设计三、功能模块的设计11 1. 双向移位寄存器的设计.11 2. 二进制计数器与逻辑组合电路的设计.12 四、总体设计电路图四、总体设计电路图.13 1.总体电路图14 2.仿真结果15 3 逐亮逐灭彩灯 一、一、 设计任务与要求设计任务与要求 设计一个彩灯控制器，要求如下： 1、有 8 只彩灯一列。 2、自上至下逐次点亮至全亮。 3、自下至上逐次熄灭至全灭。 4、8 只灯同亮、同灭。 二、 总体框图 设计总体框图如图-1 所示。 脉冲信号的 输入 同步二进制 计数器时钟 控制 左右移位与 同亮同灭的 控制 各种状态彩 灯输出 图-1 总体框图 设计思路：设计思路： 控制彩灯的四种状态，即左往右依次亮右往左依次灭全亮全 灭。从各种状态可以看出，此系统最重要的芯片就是双向移位寄存器 74LS194，它具有左右移位的功能，同时还有保持和并行输入的功能。当然要控 制彩灯亮与灭的花样与顺序还得靠二进制同步计数器 74LS161 来驱动，使相应 4 的时间间隔为 0.5 秒 。而期间，大量的与门、或门还有非门的运用也是至关重 要的，它们的选择与控制直接关系到整个彩灯的系统的运行。 设计方案：设计方案： 方案一：方案一： 这次课题是让 8 个彩灯按照约定的顺序和花样运行。首先是让彩灯从左到 右依次亮，然后接着从右到左灭。这个要通过芯片 74LS194 控制双向移位，使 S0 与 S1 按照 1 0 左移，0 1 右移。然后，闪烁下，利用 CLK 依次接高电平和低 电平，令 S1、S0 保持 1，并行输入，使 8 盏彩灯同亮同灭两次。而以上只能手 动分别控制，只有接上 74LS161 芯片，运用计数器的优势，控制灯亮灯灭的时 间和连续的顺序，而四个状态的实现还得通过与门、或门和非门的连接才能实 现。这里我们采用有限的芯片 74LS08，74LS04 和 74LS32 等联合作 用， 最后实现效果。 方方案案二二： 运用 时钟信号 CP：电路 555，电路花型控制电路，由 161 4 位二进制同步 计数器完成；花型演示电路：由 194 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花 型变化）；节拍控制电路：节拍变化由 151 八选一数据选择器完成，节拍的快 慢变化可有 74 双上升沿 D 触发器完成，最后也可实现课题的要求。 总体方案的选择：总体方案的选择： 方案一与方案二最大的不同就在，方案一是基于基本要求而设计的，方案 二加入了节拍的变化，花型控制电路和花型演示电路的 CP 都是节拍控制之后的 CP。 5 两种方案的基本思路相同，将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较 简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。这么设计的出发点是：电 路设计模块化，易于检查电路，对前面的电路组装及电路调试都很方便，花型 控制电路简单，花型也比较简单。且方案二加入了节拍控制电路会比较费时， 为了确保短时间内完成课程设计和高效率，我选择了方案一。 三、 选择器件 选择器件表如表选择器件表如表-1-1 所示。所示。 表-1 器件选择表 器件名称数量 74LS1942 74LS1612 NOT3 AND22 OR22 OR41 NOR21 500 电阻 8 发光二极管 8 1 1、双向移位寄存器双向移位寄存器 74LS19474LS194 （1） 双向移位寄存器 74LS194 功能表如表-2 所示。 如表-2,其中，D3、D2、D1、D0 为并行输入端；Q3、Q2、Q1、Q0 为并 行输出端；SR 为右移串行输入端；SL 为左移串行输入端；S1、S0 为操作模式 6 控制端；CR 为直接无条件清零端；CP 为时钟脉冲输入端。74LS194 有 5 种不 同操作模式：并行送数寄存；右移(方向由 Q3Q0)；左移(方向由 Q0Q3)； 保持及清零。 表-2 74LS194 功能表 输入输出 功能 CPCRS1S0SRSLABCDQAQBQCQD 清除 X0XXXXXXXX0000 送数 111XXABCDABCD 右移 101DSRXXXXXDSRQAQBQC 左移 110XDSLXXXXQBQCQDDSL 保持 100XXXXXXQAnQBnQCnQDn 保持 1XXXXXXXXQAnQBnQCnQDn （2）74LS194 逻辑框图如图-2 所示。 如图-2 中 MR 为复位信号，正常工作时应接高电平，CLK 为时钟信号， 上升沿到来时有效。其中 DIR(2 脚)为数据右移位串行输入端（先输入高位， 再输入低位。DIL 为数据左移位串行输入端，D0,D1,D2,D3 为数据并行输入 端，Q0,Q1,Q2,Q3 为数据并行输出端，S1,S0 为控制端。 7 图-2 74LS194 逻辑框图 （3）74LS194 内部原理图如图-3 所示。 图-3 74LS194 内部原理图 2 2、四位二进制同步加法计数器四位二进制同步加法计数器 74LS16174LS161 （1）74LS161 功能表如图表-3 所示，由表-3 可知，从 74LS161 功能表功能表 中可以知道，当清零端 CR=“0” ，计数器输出 Q3、Q2、Q1、Q0 立即为全“0” ， 这个时候为异步复位功能。当 CR=“1”且 LD=“0”时，在 CP 信号上升沿作用 后，74LS161 输出端 Q3、Q2、Q1、Q0 的状态分别与并行数据输入端 D3，D2，D1，D0 的状态一样，为同步置数功能。而只有当 CR=LD=EP=ET=“1” 、 CP 脉冲上升沿作用后，计数器加 1。74LS161 还有一个进位输出端 CO，其逻辑 8 关系是 CO= Q0Q1Q2Q3。 表-3 74LS161 功能表 输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加 1 （2）74LS161 逻辑框图如图-4 所示。 如图-4 可知，时钟 CP 和四个数据输入端 P0P3，清零端/MR，使能端 CEP，C， 置数端 PE，数据输出端 Q0Q3，以及进位输出 TC。 9 图-4 74LS161 逻辑框图 （3）74LS161 内部原理图如图-5 所示 。 图-5 74LS161 内部原理图 10 四、 功能模块 1 1、双向移位寄存器的设计双向移位寄存器的设计 双向移位寄存器的设计如图-6 所示，如图-6 可知，Q0Q3为并行输出端； CP为时钟脉冲输入端；SR右移串行输入端；为直接无条件清零 端；SL左移串行输入端；S1、S0操作模式控制端。为满足八个彩灯的亮 与灭，将两个 74LS194 并连起来，形成多位双向寄存器的控制。做法很简单， 只需将其中一片的 Q3 接至另一片的 SR 端，而将另一片的 Q0 接到这一片的 SL，同时把两片的 S1,S0,CLK 和 RD 分别并联就行了。 图-6 双向移位寄存器设计图 11 2 2、二进制计数器与逻辑组合电路的设计二进制计数器与逻辑组合电路的设计 二进制计数器与逻辑组合电路的设计如图-7 所示，如图-7 可知，计数器的 设计为的就是将前面双向移位模块的的功能能够连接起来按顺序进行，并运用 准确的时间来控制灯亮灯灭等变化。这里是将两个 74LS161，通过一系列的逻 辑组合电路连接起来的。Q0Q3两组输出通过逻辑组合电路来控制上个模块的 S1,S0,来左右彩灯。ENP 和 ENT 使能端在这里既能控制上面模块的输入还能反 受控制，是自身芯片开始工作或停止工作。 图-7 二进制计数器与逻辑组合电路设计图 12 五、总体设计电路图 彩灯总体电路图设计如图-8 所示。 根据图-8，打开仿真按钮，八个彩灯自上至下逐次点亮至全亮，自下至上 逐次熄灭至全灭。最后闪烁，8 只彩灯灯同亮、同灭。达到设计的要求。彩灯 系统中其中四个彩灯在正常运行时,这是芯片 74LS194 控制左右移动和全亮全灭 的。 74LS161 芯片在工作时的状态，芯片执行分频的功能，以控制彩灯的亮灭顺序 与时间控制。双向移位寄存器 74LS194，它具有左右移位的功能，同时还有保 持和并行输入的功能。当然要控制彩灯亮与灭的花样与顺序靠二进制同步计数 器 74LS161 来驱动。加上各种门电路，最后成为彩灯系统。 13 14 图-8 彩灯总体电路图 仿真结果：仿真结果： 仿真结果如图-9 到图-15 所示，8 只彩灯自上至下逐次点亮至全亮，自下 至上逐次熄灭至全灭，最后 8 只灯同亮、同灭。 图-9 仿真结果图 图-10 仿真结果图 图-11 仿真结果图 15 图-12 仿真结果图 图-13 仿真结果图 图-14 仿真结果图 图-15 仿真结果图 16 硬件调试硬件调试 在向试验箱上完成所有安装连线后，再次检查全局的连线是否松动或错接。 启动开关，通电后，按动脉冲按钮，观察是否按照所设记的路线运行，随时根 据实验现象调动脉冲速度和频率大小等，直到出现八个彩灯从左往右亮从 右往左灭全亮全灭全亮全灭的满意结果。 六、心得体会 此次课程设计历时两周，我用了将近一周的时间才将主体电路设计出来。 图出来后，我们最为纠结的就是实验箱的连线实体操作，连线不是很顺利，不 是遇到线头松动就是接触不良，我接线时拔了重做的不在少数，多的重接了十 次，少的也有两次。不过最