四路彩燈顯示系統(tǒng)邏輯電路設(shè)計

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1、哈爾濱工程大學(xué)數(shù)字邏輯綜合性實驗設(shè)計報告課程名稱數(shù)字邏輯實驗題目名稱四路彩燈顯示系統(tǒng)邏輯電路設(shè)計班級學(xué)號學(xué)生姓名同組班級同組學(xué)號同組姓名指導(dǎo)教師武俊鵬、孟昭林、劉書勇、趙國冬2013年06月-18-摘要四路彩燈常見于節(jié)慶場合，按照某種規(guī)則點(diǎn)亮或者閃爍彩燈，本次數(shù)字邏輯電路設(shè)計實驗主要完成四路彩燈的控制流程，控制流程如下：1)第一路彩燈先點(diǎn)亮，然后依次點(diǎn)亮第二路、第三路、第四路；2)第四路先滅，然后第三路、第二路、第一路依次滅；3)四路彩燈均亮0.5s滅0.5s，共四次；4)從1)開始循環(huán)。本次實驗采用中小規(guī)模集成電路進(jìn)行彩燈顯示系統(tǒng)的設(shè)計，具體使用74LS161作為循環(huán)控制電路

2、，74LS194控制彩燈花型顯示，并用若干基本與門、非門、與非門等芯片基本邏輯電路。關(guān)鍵詞：四路彩燈；計數(shù)器；移位寄存器；中小規(guī)模集成電路；-18-目錄目錄1需求分析-3-1.1基本功能要求-3-1.2創(chuàng)新拓展功能-3-1.3設(shè)計原理-3-2.1系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計-5-2.1.1循環(huán)控制電路-5-2.1.2四路彩燈狀態(tài)顯示-7-2.2系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計-10-2.2.1循環(huán)控制電路物理結(jié)構(gòu)-10-2.2.2狀態(tài)顯示電路物理結(jié)構(gòu)-11-2.2.3完整系統(tǒng)電路物理結(jié)構(gòu)-12-3系統(tǒng)實現(xiàn)-13-3.1系統(tǒng)實現(xiàn)過程-13-3.2系統(tǒng)測試-13-3.3系統(tǒng)最終電路圖-14-3.4系統(tǒng)團(tuán)隊分工

3、-15-4總結(jié)-16-參考文獻(xiàn)-17--18-1需求分析1.1基本功能要求用小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作一個四路彩燈顯示系統(tǒng)的要求如下：1)開機(jī)自動置入初始狀態(tài)后即能按規(guī)定的程序進(jìn)行循環(huán)顯示。2)程序由三個節(jié)拍組成：a)第一節(jié)拍時，四路輸出Q1~Q4依次為1，使第一路彩燈先點(diǎn)亮，接著第二路、第三路、第四路彩燈依次點(diǎn)亮；b)第二節(jié)拍時，Q4~Q1依次為0，使第四路先滅，然后第三路、第二路、第一路彩燈依次滅；c)第三節(jié)拍時，Q1~Q4輸出同時為1態(tài)0.5s，然后同時為0態(tài)0.5s，使四路彩燈同時點(diǎn)亮0.5s，然后同時滅0.5s，共進(jìn)行4次。每個節(jié)拍費(fèi)事為4s，執(zhí)行一次程序共需12s。3

4、)用發(fā)光二極管顯示彩燈系統(tǒng)的各節(jié)拍。1.2創(chuàng)新拓展功能對四路彩燈所在擴(kuò)展如下：1)增加暫停功能，即在四路彩燈顯示系統(tǒng)工作時，可從任意狀態(tài)暫停，之后可以恢復(fù)暫停時的狀態(tài)，并繼續(xù)工作；2)增加數(shù)字顯示，用兩位十進(jìn)制數(shù)00~11隨著彩燈的變化顯示12個狀態(tài)。1.3設(shè)計原理為保證四路彩燈系統(tǒng)開機(jī)后可從初始狀態(tài)按規(guī)定程序進(jìn)行循環(huán)演示，循環(huán)控制電路可用74LS161和74LS20實現(xiàn)。彩燈花型顯示分為3個節(jié)拍，彩燈的三個節(jié)拍可以用移位寄存器74LS194實現(xiàn)。彩燈有亮、滅兩個狀態(tài)，此外，還需要設(shè)計時鐘脈沖產(chǎn)生電路、循環(huán)控制電路和彩燈花樣輸出電路。由設(shè)計要求出發(fā)可知彩燈的3個節(jié)拍可以用移位寄

5、存器74LS194實現(xiàn)，通過控制S0和S1實現(xiàn)1右移、0左移、送數(shù)和通過控制CLR控制清零。第一節(jié)拍為1右移，第二節(jié)拍為0左移，第三節(jié)拍全亮為置數(shù)1，全滅為清零。由于程序循環(huán)一次要12s，故需要一個12進(jìn)制的計數(shù)器控制循環(huán)。第三節(jié)拍時要求1s內(nèi)全滅全亮各一次，故脈沖信號頻率比先前兩節(jié)拍時脈沖頻率要快一倍，而且要以相同頻率控制CLR-18-?？梢杂靡粋€十六進(jìn)制計數(shù)器產(chǎn)生脈沖信號，一路送到控制十二進(jìn)制的計數(shù)器，一路經(jīng)邏輯電路送到移位寄存器。上述原理可用圖1.3表示:顯示電路脈沖器啟動節(jié)拍程序執(zhí)行器1s分頻器節(jié)拍控制器4s1s圖1.3四路彩燈顯示系統(tǒng)圖-18-2.1系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計2

6、.1.1循環(huán)控制電路由于程序循環(huán)一次要12s，故需要十二進(jìn)制的計數(shù)器控制循環(huán)，考慮使用同步集成計數(shù)器74LS161，因其是M=16的計數(shù)器，并且有異步清零的功能，因此采用反饋復(fù)位信號使清零輸入端CLR為零的方法，可以使計數(shù)器在按自然態(tài)序計數(shù)的過程中，跳過無效狀態(tài)，構(gòu)成12進(jìn)制的計數(shù)器。為完成要求，列出十二進(jìn)制計數(shù)器的狀態(tài)表，尋找清零是QDQCQBQA的狀態(tài)，表2.1.1為自然態(tài)序12進(jìn)制計數(shù)器的狀態(tài)表。表2.1.1自然態(tài)序十二進(jìn)制計數(shù)器狀態(tài)表計數(shù)N輸出QDQCQBQA00000100012001030011401005010160110701118100091001101010

7、111011無效狀態(tài)1100110111101111由表2.1.1可知，應(yīng)用反饋復(fù)位法，可在QD,QC,QB,QA為1100時，使CLR置零，從而達(dá)到異步清零的功能，跳過下面四個無效狀態(tài)，則可得:CLR=QAQBQCQD另外，LOAD、ENT、ENP接高電平，CLK接脈沖。圖2.1.1即為利用反饋復(fù)位法設(shè)計的十二進(jìn)制計數(shù)器的邏輯電路圖。-18-圖2.1.1自然態(tài)序十二進(jìn)制計數(shù)器同時需要為74LS194產(chǎn)生一個快一倍的脈沖信號，則可以考慮多加一片74LS161用來分出兩個頻率，比如QB的頻率是