彩灯控制器课程设计数电
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电子技术课程设计
---彩灯控制器
学院:机电工程学院
班级:14电气本一班
姓名;章华生
学号:1406105004
指导教师:
彩灯控制器
一、设计任务与要求:
设计一个彩灯控制器,要求:
1.以10个指示灯作为显示器件,能自动的从左到右,从右到左自动的依次被点
亮;如此周而复始,不断循环。
2.打开电源时控制器可自动清零,每个指示灯被点亮的时间相同约为0.5秒到
2秒范围内。
二、总体框图
图(1)总体框图
根据设计要求,电路设计大体思路如下:
由脉冲发生器发出频率脉冲信号,利用计数器加法计数功能输出0000~1111的脉冲信号,经过数据选择器分别在0000~0011,0100~0111,1000~1111三个时
段输出不同的高低电平,控制移位寄存器实现右移→左移→置数功能,从而控制彩灯按照设计要求实现亮灭。
三、选择器件
本次课程设计所用器件如表一:
表一本次课程设计所用器件
1.同步二进制计数器74LS163
表二7-3 74LS163功能表
管脚图 逻辑符号
1) 1是同步4位二进制加法计数器,M=16,CP 上升沿触发
2) 2既可同步清除,也可异步清除。同步清除时,清除信号的低电平将在下一
个CP 上升沿配合下把四个触发器的输出置为低电平。异步清除时,直接用清除信号的低电平把四个触发器的输出置为低电平。
3) 3同步预置方式:当LD = 0时,在CP 作用下,计数器可并行打入预置数据.
当LD = 1时,使能输入PT 同时为高电平,在CP 作用下,进行正常计数。 4) PT 任一为低时,计数器处于保持状态。
5) 5 CO 为进位输出,可用来级联成n 位同步计数器。
根据逻辑图、波形图、功能表分析,74LS163具有如下功能:
2.四位双向移位寄存器74LS194
74LS194内部原理图
74LS194四位双向移位寄存器具有左移、右移、并行数据输入、保持、清除功能。
1)从图1中74LS194的图形符号和引脚图分析。SRG4是4位移位寄存器符号,D0~D3并行数据输入端、D SL左移串行数据输入端、D SR右移串行数据输入端、S A (M0)和S B (M1)(即9脚和10脚)工作方式控制端分别接电平开关,置1或置0,CP时钟输入端接正向单次脉冲,清零端接负向单次脉冲,Q0~Q3输出端。
表三逻辑符号逻辑框图
3.十六选一数据选择其74150
74150内部原理图
逻辑框图逻辑符号
十六选一的数据选择器74150并行输入D
0~D
15
十六个数据,当选择输入A
3
A
2
A
1
A
的二进制数码依次由0000递增至1111,即其最小项由m0逐次变到m15时,16个通道的数据便依次传送到输出端,转换成串行数据。
4非门74LS04
仔细观察一下图中给出的三极管开关电路即可发现,当输入为高电平时输出等于低电平,而输入为低电平时输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反向关系,它实际上就是一个非门。(亦称反向器)。
当输入信号为高电平时,应保证三极管工作在深度饱和状态,以使输出电平接近于零。为此,电路参数的配合必须合适,保证提供给三极的基极电流大于深度饱和的基极电流。
设计电路所用的芯片是74LS04,如下图所示:
图(12) 74LS04的内部结构图
图(13)三极管非门74LS04的逻辑框图
功能表如下图:
表六非门功能表
图(14)74LS04的逻辑符号
逻辑函数式Y= A
四、功能模块
在设计单元电路和选择元器件时,尽量选用同类型的元器件,如所有功能的部件都采用TTL集成电路,整个系统所用的元器件种类尽可能少。
下面介绍各单元电路的设计。
1.脉冲发生
由脉冲发生器发出频率为1HZ,幅度为5V的连续脉冲信号,输入74LS163同步二进制计数器,利用74LS加法计数功能输出0000~1111的脉冲信号。
2.信号控制
由74LS163输出的0000~1111的脉冲信号输入3片十六选一数据选择器74150,
当输入信号为0000~0011时,第一片和第二片74150输出信号为0,经过74LS04非门变为高电平,第三片74150输出信号为1,经过74LS04非门变为低电平。
当输入信号为0100~0111时,第一片和第三片74150输出信号为0,经过74LS04非门变为高电平,第二片74150输出信号为1,经过74LS04非门变为低电平。
当输入信号为1000~1111时,第二片和第三片74150输出信号为0,经过74LS04非门变为高电平,第一片74150输出信号为0/1不断交换。
3.彩灯控制
三片74150的输出端分别接四位双向移位寄存器74LS194的CLR端S0端和
S1端。
当计数器输出信号为0000~0011时,CLR端和S0端输入为高电平,S1端输入为低电平,彩灯从左向右依次点亮,时间间隔为1秒。
当计数器输出信号为0100~0111时,CLR端和S1端输入为高电平,S0端输入为低电平,彩灯从右向左依次熄灭,时间间隔为1秒。
当计数器输出信号为1000~1111时,S0端和S1端输入为高电平,CLR端输入为高/低电平交替,四盏彩灯同时点亮火熄灭,时间间隔为一秒。
五、总体设计电路图
(1)总电路说明:
图中由脉冲发生器输出1HZ脉冲,输出端接到计数器74LS163的CLK端,通过74LS163的计数功能,发出0000~1111的信号,计数器的四个输出端Q0Q1Q2Q3分别加在十六选一数据选择器74150的ABCD端,第一片74150的输出端加非门后接在74LS194的CLR端,第二片74150的输出端加非门后接在74LS194的S0端,第三片数据选择器的输出端加非门后接在74LS194的S1端,使彩灯按照设计要求变化。
(2) Multisim仿真结果
用Multisim对总电路进行仿真,仿真开始后,彩灯依时间顺序按设计要求变亮或熄灭。这一点也可以从电路图仿真结果中得到验证。
(3)总电路的硬件实现
各模块的功能已经在功能模块中得到了硬件实现,并验证正确,将各模块连接起来,打开电源开关,四个发光二极管从左向右逐次渐亮又从右向左逐次渐灭,之后同时变亮又变灭,重复四次,时间间隔为1秒,从而总电路得到验证。