简易彩灯控制电路.docx

数字电子技术课程设计报告简易彩灯控制电路 学院：电子信息工程学院 班级：电气091501班 学号：200915010125 姓名：陶凯 指导老师：闫晓梅 实习时间：2011年12月目录一设计任务与要求（2）二总体框图（2）三选择器件（3）1.74LS00 - (3)2.74LS04 - (4)3.74LS08 - (4)4.74LS32 - (5)5.74LS33 - (6)6.74LS161 - (7)7.74LS194 - (8)8.74LS86 - (9)四功能模块 （13）五总体设计电路- (17) 1. 仿真实验-（16）2数字实验箱验证实验-（18）六课程设计心得-（19）简易彩灯循环控制器的设计与制作一、设计任务和要求设计一个电路控制彩灯的循环显示，要求8个发光二极管排成一行，二极管的亮灭构成彩灯的图形，要能循环显示以下8种彩图案：（1）彩灯自左向右渐亮至全亮。（2）彩灯自左向右渐灭至全亮。（3）彩灯自右向左渐亮至全亮。（4）彩灯自右向左渐至灭全灭。（5）彩灯全亮。（6）彩灯全灭。（7）彩灯全亮。（8）彩灯全灭。二、总体框图八个灯整体循环前四个灯 控制电路十二进制 计数器后四个灯 控制电路图1 设计总体框图 在总体框图中，十二进制计数器有74LS161芯片构成，依次从0到11进行循环计数，分别控制前四个灯和后四个灯的十二种工作状态。前四个灯的控制电路和后四个灯的控制电路均由74LS194芯片组成，运用了74LS194芯片的移位寄存功能。最后将八个灯在正确的位置进行摆放，使其能满足题目所要求的工作状态。三、选择器件序号元器件元件标号参数或型号个数功能174LS系列U174LS00N3块与非门274LS系列U274LS161N1块计数374LS系列U3，U874LS1942块移位寄存474LS系列U474LS08N3块与门574LS系列U574LS32N1块或门674LS系列U674LS33N1块或非门774LS系列U774LS04N3个非门874LS系列U974LS86N2个异或门9脉冲发生器XFG1，XFG2各1个10LEDD0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D78个11VCC+5V2个高电位 表1 元器件总表1. 74LS0074LS00是四2输入与非门，其逻辑符号，逻辑功能表，内部原理图分别如下： 表2 74LS00的逻辑功能表 图2 74LS00的内部结构 图3 与非门逻辑符号 图4 74L00管脚图 74LS00的逻辑功能表达式：Y=AB2.74LS04 74LS04为六反相器，它的输入为A，输出为Y，6个相互独立反相。电压5V，电压范围在4.755.25V内可以正常工作。门数6，每门输入输出均为TTL电平（2v高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流8mA。其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别如下： 图5 74LS04的内部结构 表3 74LS04功能表 图6 74LS04的逻辑符号 图7 74LS04的管脚图 3.74LS0874LS08 为四组 2 输入端与门引出端符号:1A4A 输入端1B4B输入端1Y4Y 输出端图8 74LS08结构图表4 74LS08功能表4.74LS3274LS32 为四组 2 输入端或门（正逻辑）。引出端符号：1A4A 输入端1B4B 输入端1Y4Y输出端图9 74LS32结构图表5 74LS32功能表5.74LS3374LS33 为集电极开路输出的四组 2 输入端或非缓冲器 (正逻辑）引出端: 1A4A输入端 1B4B输入端 1Y4Y输出端 图9 74LS33结构图 表6 74LS33功能表6.74LS16174LS161为二进制同步计数器，具有同步预置数、异步清零以及保持等功能。图10 74LS161引脚图输 入输 出CTrCTpCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000010d0d1d2d3d0d1d2d31111计 数110保 持110保 持注：QCC= CTrQ0Q1Q2Q3 表7 74LS161的功能表功能详细介绍：从功能表的第一行可知，当0（输入低电平），则不管其他输入端（包括CP端）状态如何，四个数据输出端QA、QB、QC、QD全部清零。由于这一清零操作不需要时钟脉冲CP配合（即不管CP是什么状态都行），所以为异步清零端，且低电平有效，也可以说该计数器具有“异步清零”功能。从功能表的第二行可知，当1且0时，时钟脉冲CP上升沿到达，四个数据输出端QA、QB、QC、QD同时分别接收并行数据输入信号a、b、c、d。由于这个置数操作必须有CP上升沿配合，并与CP上升沿同步，所以称那么该芯片具有“同步置数”功能。从功能表的第三行可知，当1，CTrCTp1时，则对计数脉冲CP实现同步十进制加计数；而从功能表的第四行又知道，当1时，只要CTr和ENP中有一个为0，则不管CP状态如何（包括上升沿），计数器所有数据输出都保持原状态不变。因此，CTr和CTp应该为计数控制端，当它们同时为1时，计数器执行正常同步计数功能；而当它们有一个为0时，计数器执行保持功能。另外，进位输出QCC= CTrQ0Q1Q2Q3表明，进位输出端仅当计数控制端CTr1且计数器状态为15时它才为1，否则为0。7.74LS194移位寄存器是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器。根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。本实验选用的是4位双向移位寄存器,型号为74LS194（TTL器件）。 图11 74LS194的逻辑符号及引脚排列管脚介绍：D0D1为并行输入端Q0Q3为并行输出端；SR右移串行输入端；SL左移串行输入端；S1、S0操作模式控制端；为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。输 入输出功能CR模式 CP串行并行Q0Q1 Q2 Q3M0 M1DSR DSLD0 D1 D2 D30 0 0 0 0清零1 0 0 0 0 0保持11 1 d d d d d d d d置数 1 0 1 1Q3Q0亮左移10 1 0Q3Q0灭左移11 01 Q0Q3亮右移1 1 00 Q0Q3灭右移1 0 0 保持表8 74LS194功能表8.74LS8674LS86是常用的 TTL 2输入端四异或门。图12 74LS86管脚图74LS86逻辑功能表达式：Y=AB=AB+AB表9 74LS86功能表 13 四、功能模块 1. 十二进制计数器 十二进制计数器由74LS161芯片和与非门组成，具体电路图如下： 图13 74LS161构成十二进制计数器 输出QDQCQBQA00000100012001030011401005010160110701118100091001101010111011 表10 计数器真值表 2. 前四个灯的控制电路 1）首先列出前四个灯的状态真值表，如下：彩灯状态Q7 Q6 Q5 Q4输出编码从左至右亮1000 1100 1110 1111保持 1111 1111 1111 1111从左至右灭 0111 0011 0001 0000保持 0000 0000 0000 0000保持 0000 0000 0000 0000从右至左亮 0001 0011 0111 1111保持 1111 1111 1111 1111从右至左灭 0111 0011 0001 0000全亮 1111全灭 0000全亮 1111全灭 0000表11 前四个灯的状态表由表11和表表8可得控制前四个灯的74LS194芯片的输入端的逻辑表达式：CR=Q3Q0 M0=QOQ2+Q3 M1=(Q0+Q2)DSR=Q1 DSL=Q1由上述公式可得电路如下： 图14 前四个灯的控制电路根据上面的电路进行仿真实验，部分结果如下： 图15 前四个灯仿真 图16 前四个灯仿真3 后个灯的控制电路 1）首先列出后个灯的状态真值表，如下：彩灯状态Q3 Q2 Q1 Q0 输出状态保持 0000 0000 0000 0000从左至右亮 1000 1100 1110 1111保持 1111 1111 1111 1111从左至右灭 1110 1100 1000 0000从右至左亮 1000 1100 1110 1111保持 1111 1111 1111 1111从右至左灭 0111 0011 0001 0000保持 0000 0000 0000 0000全亮 1111 1111 1111 1111全灭 0000 0000 0000 0000全亮 1111 1111 1111 1111全灭 0000 0000 0000 0000 表12 后四个灯的真值表 由表12表表8可得控制后四灯的74LS194芯片的输入端的逻辑表达式： CR=Q0Q3 M0=(Q2Q3)Q0 M1=(Q0Q3)Q2DSR=Q1 DSL=Q1 由上述表达式可得电路如下： 图17 后四个灯控制电路 图18 后四个灯仿真五、总体设计电路图1.仿真实验由前四个灯的控制电路和后四个灯的控制电路可得整体真值表如下：彩灯输 出 状 态 编 码自左至右亮10000000 11000000 11100000 1111000011111000 11111100 11111110 11111111自左至右灭11111110 11111100 11111000 1111000011100000 11000000 10000000 00000000自右至左亮00000001 00000011 00000111 0000111100011111 00111111 01111111 11111111自右至左灭11111110 11111100 11111000 1111000011100000 11000000 10000000 00000000全亮 11111111全灭 00000000全亮11111111全灭 00000000表13 整体真值表由前四个灯的控制电路和后四个灯的控制电路可得整体电路图：图19 整体电路图图20 整体仿真结果1图20是八个灯整体从左往右渐亮至全亮。图21 整体仿真结果2图21八个灯整体从右往左渐亮至全亮。2.数字实验箱验证实验按照电路图所示进行连接，注意各连线的正确性。同时注意在给脉冲时，74LS161芯片的的脉冲应该是大于或等于74LS194芯片的脉冲的四倍，这样才能让八个灯进行完整的循环。在实际连线过程中，根据前面介绍的各芯片的结构进行正确的连接即可。连接电路时LED灯的连接顺序一定要对，同时灯的摆放位置也要正确。连接时两个74LS194芯片的输入端要接高电平，保证置数状态时输出端的全亮状态。在老师的指导下，经过仔细的连接，顺利得出了正确的实验结果。六课程设计心得本次电子技术工程设计用了两个星期的时间基本完成，设计效率虽然不是很高，但是本次电子技术工程设计都是按照要求完成的，本次课程设计中收获很多。可以总结为以下的几点：1.学会了电路设计辅助工具Mutlisim，并用其制作出设计的原理图和仿真实验，认识到了Mutlisim对本专业学习的重要性，在以后的学习中讲更进一步的学习此软件，并能够熟练的掌握对其的使用。2.初步了解对电路的设计的思维和方法，在这方面还有很多不足的地方，理论知识不强，专业的课外知识不充足。在设计原理图时觉得很难下手。3.刚开始在设计原理图时对于原理图连线和制作等细节方面做得不是很好，在这些方面需要得到提