数电课程设计-节日彩灯.doc

数字电路课程设计报告（三）设计题目：节日彩灯课程设计报告（一） 指标要求：（1） 灯的变化要符合人的视觉习惯、体现出节日的快乐气氛，富有变化，具有周期性，彩灯数量不少于八个；（2） 通过计算确定电路参数，变化的周期、时钟频率等；（3） 能进行启动、暂停、复位控制；（二） 采用设计方法时钟发生电路十进制状态计数组合电路译码控制电路彩灯驱动与显示电路设计大致方案上图所示，本电路由四个部分组成：时钟发生电路，十进制状态计数器组合电路，译码控制电路，彩灯驱动与显示电路，其工作流程为：时钟发生电路产生时钟脉冲，通过十进制状态计数组合电路实现分频率功能，分频的后的脉冲输入至译码控制电路，彩灯显示电路在译码控制电路的驱动下正确显示当前计数数据。通过控制十进制状态计数电路实现对电路的清零和暂停功能。（三） 电路工作原理分析（1） 器件列表：74LS192 4片 74LS138 1片 74LS06 1片数电实验箱 1台 连线 若干（2） 芯片介绍：74LS192芯片的功能，如下图： 74LS194是一个十进制计数芯片，图中（15）为置数端，P0（15），P1（1），P2（10），P3（9）分别为计数器输入端，在为低电平时，74LS192通过P0（15），P1（1），P2（10），P3（9）置入数据。CD（4）为减计数端，高电平有效。在减记数端有效的情况下进行减法计数。CU（5）为加法计数端，高电平有效。在加法记数端有效的情况下进行加法计数。（12）为非同步进位输出端，在加法计数过程出现 进位就会在进位端输出一个负跳变的进位脉冲。（13）为非同步借位输出端，在减法计数过程出现借位就输出一个负跳变的借位脉冲（12）MR（14）为清零信号，Q0（3），Q1（2）Q2（6），Q3（7）为数据输出端。74LS138芯片，如下图： 74LS138是一个3-8译码器，它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号。它具有A（1），B（2），C（3）3个输入端，个输出端和三个使能端，在使能输入端为有效电平时，对应每一组输入代码，只有其中一个输出端为低电平，其余输出端为高电平。74LS138的真值表如下： 输 入输 出E3E2E1CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7HHHHHHHHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHH HLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL 74LS138译码器真值表74LS06芯片，如下图：74LS08是一个六反向器，在本设计中取其中一个反向器使用。（3）设计思想：根据实验的具体环境，设计中的时钟脉冲信号电路由数电实验箱集成，本实验取的输出脉冲信号大约在1KHZ左右，通过四片十进制度计数器的分频，使其输入到译码部分的时钟频率达到1HZ即每隔离1s输出一个脉冲。计数器组合电路可以采用4片74LS192十进制计数器通过计数实现对输入脉冲的分频。在译码部分采用74LS138译码器，74LS138的译码输出端分别接八个彩灯，74LS138的使能部分接在在逻辑控制电路，清零的功能可以通过逻辑控制电路的清零开关使74LS192的各计数清零信，暂停的功能可以利用74LS08与门功能，让一个输入控制开关与脉冲输入信号相与，当控制开关打到低电平时可以实现屏蔽脉冲输入信号，然后实现暂停的功能。（3）工作原理分析： 具体的电路设计图如下图示：电路设计图1， 图中的脉冲信号由数电实验箱提供1KHZ的时钟脉冲，此时的信号频率为1KHZ，当信号通过u1，在u1的十进制加法分频后从进位输出端输出信号频率变为100HZ，信号进入u2后，u2对其计数，并再次实现十倍分频率。信号通过u2十进制加法分频后从进位输出端输出的信号频率变为10HZ，u3接受此信号进行加法计数，实现分频。信号通过u3十进制加法分频后从进位输出，输出的脉冲信号次时频率变为1HZ，u4对其计数。2， 在1HZ脉冲的驱动下u4从零开始并每隔1s使其计数值增加1，u4在此不做分频率功能，而是为74LS138译码器件提供译码控制信号。3， 74LS138的八个输出管脚分别连接一个LED灯，当相对应的输入信号与输出端匹配时输出信号为变低电平，LED灯也就会熄灭。4， 由于74LS138是一个3-8译码器，而74LS192是一个十进制的加法器件，为了使其LED灯连贯显示，需要对74LS192做调整使其变为八进制的计数。这就需要利用74LS192的置数功能。置数端P0，P1，P2，P3分别接低电平。74LS192的Q4，接入到74LS06器反向一下然后输入到自己的置数端，即一旦Q4为高电平，使其反向成低电平输入到置数端，置数端有效后自动置数0000，让74LS192重新计数。也就让LED灯重新有规律的闪烁。5， 电路的逻辑控制部分，通过一条总线连接各计数器的清零端，当清零开关（MR）打到高点平可实现各计数位的同时清零。暂停开关（PAUSE）打到低电平可以实现屏蔽输入脉冲进入u1从而可以实现暂停和继续计数的功能从而使彩灯暂停和继续闪烁，使能端（ENABLE）如果打到高电平彩灯正常工作，（ENABLE）打到低电平让彩灯复位，LED灯全亮。（四） 电路调试情况：实验过程中需要注意的问题如下：（1） 做实验之前要检查电路管脚是否有缺损。（2） 在需要的LED的灯上接入高电平，看是否能点亮来检查LED能否正常工作。（3） 调整输入脉冲，从数电实验箱子中提供的脉冲是个可调脉冲，尽量调节在1KHZ。（4） 1KHZ赫兹的脉冲经过4次分频后到1HZ后，然后可以看到LED每隔1s换一个灯熄灭。（5） 不使用的管脚应该尽量使其接高点平，从而保证电路的稳定性。（五） 实验结果：（1）灯的变化周期性得逐个熄灭，彩灯数为八个；（2）通过计算确定电路参数的参数有：LED灯变化的间隔为1S，一次变化的周期为8S、时钟频率为1HZ；（3）当清零开关（MR）打到高点平可实现各计数位的同时清零。暂停开关（PAUSE）打到低电平可以实现屏蔽输入脉冲进入u1从而可以实现暂停和继续计时的功能，从而使