• 四路彩燈顯示電路 - 數字邏輯 - 課程設計 - 圖文 - 下載本文

    數字電路邏輯設計

    課 程 設 計

    設計題目: 四路彩燈顯示系統 專業班級: 姓 名: 學 號:

    設計課題:四路彩燈顯示系統設計

    1. 設計任務和要求

    設計一個四路彩燈控制器,設計要求如下:

    (1) 接通電源后,彩燈可以自動按預先設置的程序循環閃爍。 (2) 設置的彩燈花型由三個節拍組成:

    第一節拍:四路彩燈從左向右逐次漸亮,燈亮時間1s,共用4s; 第二節拍:四路彩燈從右向左逐次漸滅,也需4s;

    第三節拍:四路彩燈同時亮0.5s,然后同時變暗,進行4次,所需時間也

    為4s。

    (3)三個節拍完成一個循環,一共需要12s。一次循環之后重復進行閃爍。

    2. 設計分析

    四路彩燈既有四路輸出,設依次為Qd、Qc、Qb、Qa,若“1”表示燈亮,“0”表示燈滅,由課題要求可知四路彩燈顯示系統要求如下表1所示的輸出顯示。

    表1 四路彩燈輸出顯示

    說 明 輸 出 所用時間 Qd Qc Qb Qa 開機初態 第一節拍 逐次漸亮 第二節拍 逆序漸滅 第三節拍 同時亮0.5s,然后同時滅0.5s,進行四次 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1s 1s 1s 1s 1s 1s 1s 1s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 由上表可知,需要一個分頻器起節拍產生和控制作用,每4s一個節拍,3個節拍共12s后反復循環。一個節拍結束后應產生一個信號到節拍程序執行器,完成彩燈漸亮、漸滅、同時亮、同時滅等功能。

    分頻及節拍控制可以用一個模12計數器來完成;彩燈漸亮、漸滅可以用器件的左移、右移功能來實現,因此可選用移位寄存器74194來完成。同時亮0.5s、同時滅0.5s可考慮把1Hz的秒脈沖信號直接加到輸出顯示端來完成。

    綜上所述,要完成四路彩燈顯示功能需要有分頻器、節拍控制器、節拍程序執行器及脈沖源等電路。

    記第一,二,三節拍分別為Y0YY12有效時間應為4秒,Y0結束Y1馬上開始,Y1后Y2馬上開始,如此循環不斷。為此可考慮采用移位寄存器構成的移位型控制器。由于有三個狀態,因此需要用三個觸發器對現時狀態進行記憶,為使各狀態的有效時間間隔為4秒,則驅動該移位控制器動作時鐘周期應為4秒。應在開機瞬間,使移位型控制器的狀態被確定下來,即Y0YY12節拍應為100,可控制輸入信號使觸發器置位、復位來實現。

    為實現Y0功能要求器件具有右移功能,為實現Y1功能要求器件有左移功能;而且左、右移輸入可為“0”也可為“1”;為實現Y2功能,要求器件同時具有并行置數功能。因此可選用一種具有左移、右移和并行置數功能的通用移位寄存器74LS194。74LS194具有并行輸入端A、B、C、D,并行輸出端QA、QB、QC、QD,右移輸入端SR,左移輸入端SL和模式控制輸入端S0,S1以及一個無條件直接清除端CLR。模式控制輸入S0,S1有00、01、10、11四種組合方式,分別表示雙向移位寄存器所具有的四種功能,即禁止、右移、左移和并行置數。為了使當

    Y0YY12=100時,S0S1 =01(右移)12=010時,S0S1=10(左移)12=001,Y0YY,當Y0YY時S0S1=11(并行置數)。

    74LS194的輸出端初態均為零,在開機瞬間,使移位控制端S0S1 的狀態被確

    12 =100時,S0S1 =01 右移串行數據輸入端 SR經脈沖信號經四定下來,即 Y0YY分頻電路和 通過兩或門組成的節拍電路,使四路彩燈從右到左依次亮共 4秒 ,

    12 =010 S0S1 =10 左移串行數據輸入端 SL經脈沖信號經四分頻電路和 當Y0YY12 =001 通過兩或門組成的節拍電路,使四路彩燈從左到右依次滅共 4秒,Y0YY

    S0S1 =11 并行數據輸入端 A、B、C、D經脈沖信號經四分頻電路和 通過兩或門組成的節拍電路,使四路彩燈同時為“ 1”0.5秒、同時為“0”0.5秒,重復4遍共4秒,完成一個循環共需12秒,12個CP脈沖。

    3. 設計方案

    分析以上設計任務,該控制系統完成如圖3-4所示的控制流程,系統結構框圖如圖3-5所示。其中脈沖源采用秒脈沖發生器,用以提供頻率為1Hz的時鐘信號;分頻器將1Hz的時鐘信號四分頻,用以產生0.25Hz(即4S)的時鐘信號;節拍控制器產生三個節拍循環的控制信號;節拍程序執行器完成在每個節拍下的系統動作,即數據的左移、右移和送數功能,可以使用雙向通用移位寄存器74LS194完成;顯示電路完成系統循環演示的指示,可以用發光二極管模擬。 系統控制流程圖及控制系統結構框圖如下圖所示:

    圖1:四路彩燈控制流程圖

    圖2:四路彩燈控制系統結構框圖

    4. 設計實現

    下圖為四路彩燈顯示的一種簡易實現電路。該電路選用同步十六進制計數器74161實現模12分頻及節拍控制,用4位雙向移位寄存器74191實現彩燈的漸亮、

    漸滅功能。

    圖3:四路彩燈顯示系統的一種實現電路

    四路彩燈顯示系統的工作過程如表2所示。74161的輸出為Q0QQ12Q3;74194的輸出為QAQBQCQD;四路彩燈的輸出為QaQbQcQd。74194的工作方式控制端

    M1?Q3?Q2,M0?Q3?Q2。在第一節拍中,M1M0?01,74194實現右移功能,即在時鐘脈沖作用下,把DSR?1逐次移進;在第二節拍中,M1M0?10,74194實現左移功能,即在時鐘脈沖作用下,把DSR?0逐次反方向移進。由于前兩個節拍中Q3?0,門G關閉,輸出為0,因此四路彩燈的輸出QaQbQcQd?QAQBQCQD。在第三節拍中,M1M0?10,74194仍然左移,QAQBQCQD一直保持為0000。此時

    Q3?1,門G打開,時鐘脈沖CP同時加到四個輸出端QaQbQcQd,由于CP是1Hz秒脈沖,在1s時間內高電平和低電平持續時間均為0.5s,因此QaQbQcQd實現同時亮0.5s、同時滅0.5s,在4s內共進行4次。第三節拍結束后返回第一節拍,如此反復,實現四路彩燈循環顯示。





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