四路彩灯设计

太原理工大学现代科技学院课程设计-PAGE5-课程设计四路彩灯显示系统设计目的⑴熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。⑵掌握计数、译码器的工作原理及应用。⑶熟悉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4路彩灯控制器，要求：开机后可自动从初始状态按规定程序进行循环演示。⑴开机后可自动从初始状态按规定程序进行循环演示。⑵彩灯花形又3个节拍组成。第一节拍：逐次渐亮，灯亮时间1S，共用4S。第二节拍；4路彩灯按逆序渐灭，也需4S。第三节拍；4路彩灯同时亮0.5S，然后同时变暗0.5S，要进行4次，所需时间也为4S，3个节拍完成一个循环。⑶彩灯用发光二级管（LED）模拟。三、设计仪器与器件⑴数字电路实验箱。⑵器件：74LS04、74LS08、74LS10、74LS32(两片)、74LS161、74LS194四、设计方案分析以上设计任务，该控制系统完成如图1所示的控制流程，系统结构框图如图2所示。图1：四路彩灯控制流程图图2：四路彩灯控制系统结构框图五、设计原理（1）74LS161的功能表输入输出0XXXXXXXX10XX1111XXXX110XXXXXX1110XXXXX0000计数触发器保持保持74LS194的功能表输入输出0XXXXXXXXX1XX0XXXXXX111XX101X1XXXX1O1X0XXXX1101XXXXX1100XXXXX100XXXXXXX00001011（2）根据电路图根据74LS161的功能表所以只要，则芯片一直运行记数功能，，，所以时，实现右移，当时，，实现左移，设161的输出分别为，，194的输出分别为输出：，，为1时，与CP脉冲经过与门，随着CP脉冲的变换，与门输出结果发生变换，8种情况，即明暗各变换4次。（3）根据以上分析，得到状态转移图序号各种情况1234，右移，000010000100110010001100111011115678，，左移，00101010011011101110110010000000910111213141516为1时，与CP脉冲经过与门，随着CP脉冲的变换，与门输出结果发生变换0001100101011101001110110111111111110000111100001111000011110000六、设计分析四路彩灯既有四路输出，设依次为、、、，若“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，由课题要求可知四路彩灯显示系统要求如下表1所示的输出显示。表1四路彩灯输出显示说明输出所用时间开机初态0000第一节拍逐次渐亮10001100111011111s1s1s1s第二节拍逆序渐灭11101100100000001s1s1s1s第三节拍同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次111100001111000011110000111100000.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s由上表可知，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，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。四路彩灯显示系统的工作过程如下表2所示。74161的输出为；74194的输出为；四路彩灯的输出为。74194的工作方式控制端，。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；在第二节拍中，，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仍然左移，一直保持为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。第三节拍结束后返回第一节拍，如此反复，实现四路彩灯循环显示。表2四路彩灯工作过程说明秒脉冲7416174194彩灯输出第一节拍00000101000110101010110001100111011111000110011101111第二节拍10010111001111010101011101100100000001110110010000000第三节拍0001001101010111010101000000000000000001Hz时钟CP（注：时钟由第三节拍的1011返回到第一节拍的0000循环进行）七、设计方案电路图下图为四路彩灯显示的一种简易实现电路。图3：四路彩灯显示系统的一种实现电路八、在EWB环境下仿真根据设计的电路图，进行仿真实验，仿真时用74LS160代替74LS161如图分别为在7.00s和11.00s时的截图7.00s时11.00s时九、实际电路的连接和调试按照仿真的电路图和上面芯片的引脚图在面包板上连好线路，经检查无误后，接通电源可看到四个二极管都亮，拔动开关，调好脉冲，观察二极管的变化，可以看到电路和仿真的一样。实物电路图为：十、设计总结在课程设计中，刚开始对于彩灯电路的设计，我感觉自己对芯片的功能还是不太了解，后来又重新查阅了一遍,使自己芯片74LS04、74LS08、74LS20、74LS32、74LS161、74LS194的功能做了详细的了解和掌握，选择了合适的芯片。但又在实物连线时出了问题，只要接错一根，就前功尽弃了。为此，电路图共连接了两次才成功。通过这次的课程设计使我不仅在理论知识方面得到提高，在实践操作能力方面也得到了锻炼。整个课程设计的过程使我第一次觉得自己学有所用。这次的课设提到的不仅是我们的专业知识，还有一个大学生应该具有正确的学习、生活态度：认真、严谨、坚持、交流等等。“细节决定成败！”再次被验证，特别是实物连接电路图的