数字电路课程设计彩灯控制实验1.doc

数字电路课程设计报告设计课题题目：彩灯控制电路 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 指导教师： 学 号： 姓 名： 同 组人 ： 题目：彩灯控制电路一、 设计目的1、 进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。2、 了解数字电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。3、 熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，掌握集成计数器的逻辑功能和工作原理，设计可预置时间的定时电路。画出彩灯控制电路的逻辑电路图，掌握彩灯控制电路的工作原理及其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作用进行分析。另外还要掌握电路原理和分析电路设计流程，每个电路的设计都要有完整的设计流程。这样才能在分析电路是有良好的思路，便于查找出错的原因进一步学会使用其进行电路设计。4、 培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。二、设计要求1 彩灯控制电路中的彩灯分别用3个彩灯“S1：红， S2：黄， S3：蓝”表示。2 彩灯控制电路设计，三个灯亮暗如图所示顺序进行。在实验中，黑色设定为灯亮，白色设定为灯灭。三方案设计与论证1、设计思路 题目要求彩灯要如图所示发生变换，假设灯亮为“1”，灯灭为“0”，则其逻辑转换关系为“111101010000”。 为此，先可以做出一个模四加法计数器，即循环输出“000001010011”，再通过各种逻辑门来进行转换。既然要用到计数器，那么可以运用集成计数器74LS193和74LS161来完成实验。2、设计方案方案一：（1）模四计数器的设计采用74LS193集成计数器设计电路。由于此芯片是双时钟4位二进制同步可逆计数器，由其逻辑功能表可知：表1 74LS193的功能表清零预置时钟预置数据输入输出MRDPLCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01LLLL00 D3D2D1D0Q3Q2Q1Q0011加计数011减计数当PL置“1”，计数脉冲由 CPU 端输入时，计数器进行累加。而又要将四个输入端转换成三个，故用上异或门74LS86，并使Q2 端接上非门，这样就能实现Q2 与Q3 的同或运算。相当于合并为一个输出端。这样我们就完成了模四计数器。（2）逻辑转换电路的设计由于此时电路输出的的逻辑符号为“000001010011”，故要加上逻辑门将其转换成目标逻辑符号“111101010000”。 Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1转换前 转换后由此逻辑表可得：= = = 于是,可以采用与门来完成逻辑电路的转换。（3）彩灯控制电路的组成方框图为：带加减的计数器逻辑电路彩灯输出脉冲信号输出源（4）彩灯控制电路的仿真电路图为：方案二：（1）模四计数器的设计采用74LS161集成计数器设计电路。由其逻辑功能表可知：表2 74161的功能表清零预置使能时钟预置数据输入输 出MRLDENPENTCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00LLLL10D3D2D1D0Q3Q2Q1Q0110保 持110保 持1 111计 数当LD置“1”，计数脉冲由 CPU 端输入时，计数器进行累加。这时候将MR接Q2端即可实现“100101110111”的逻辑循环。（2）逻辑转换电路的设计由于此时电路输出的的逻辑符号为“000001010011”，故要加上逻辑门将其转换成目标逻辑符号“111101010000”。转换前转换后 Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1由此逻辑表可得：= = = 于是,可以采用与门来完成逻辑电路的转换。（3）彩灯控制电路的组成方框图为：带加减的计数器逻辑电路彩灯输出脉冲信号输出源（4）彩灯控制电路的仿真电路图为：方案三：（1）四位循环计数器的设计采用74LS194四位双向移位寄存器设计。把移位寄存器的输出反馈到它的串行输出端，就可以进行循环移位。其状态转换图为： （2）逻辑转换电路设计转换前转换后 Q3 Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1由此逻辑表可得：= = = （3）彩灯控制电路的组成方框图为：四位环形计数器逻辑电路彩灯输出脉冲信号输出源（4）彩灯控制电路的仿真电路图为：比较所用逻辑门的数量，本实验采用方案三。 四、硬件制作与调试将电路根据功能分成两大块，分别是计数器部分和组合逻辑电路部分。在方