数电彩灯控制电路设计原理

《数字逻辑电路》实训报告专业：学生姓名：学号：指导教师：彩灯控制电路的设计与制作1 整机设计设计要求（1）设置外部操作开关，它具有控制彩灯亮点的右移、左移、全亮及全灭等功能；（2）彩灯亮点移动时间间隔取1秒；（3）彩灯的布图形状随意；（4）让学号的最后两位编码点亮相应的灯，能实现循环左右移，可控制彩灯亮灭速度。

1.1.1设计任务两片74LS194移位寄存器构成核心部件，74LS194的S0、S1控制彩灯循环的方向，即左移右移，控制端MR可实现清零功能；一片555构成多谐振荡器输出时间脉冲；设计制作一个8路彩灯控制器。

1.1.2性能指标要求彩灯能实现循环左移，右移，全亮，全灭等基本功能，和预置数的扩展功能。

整机实现的基本原理及框图1.2.1基本原理由555构成的多谐振荡器输出时间脉冲提供给74LS194；通过1个拨码开关控制2个74LS194的清零端，实现全亮、全灭功能；通过两组4位共8个拨码开关来控制8个彩灯的预置；通过2个拨码开关来选择S1,S0的状态，分别实现彩灯的左右移动、保持和预置的功能。

1.2.2总体框图2 各功能电路实现原理及电路设计由555构成的多谐振荡器主要用来产生脉冲信号。

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。

555定时器的电源电压范围宽，可在5~16V工作，最大负载电流可达200mA，7555可在3~18V工作，最大负载电流可达4mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

按一下运行键后，可看见输出端是出现高低电平交替，时间间隔是由电路中的电容和电阻决定。

两片74LS194芯片来实现彩灯的左右移功能。

3 制作与调试过程制作：首先读懂老师给的基本原理图后，通过查找资料自行加上时钟信号发生器部分。

灯的起始状态和彩灯串的彩灯个数。

然后，由操作人员控制移位寄存器控制电路的控制开关SB、K，可以控制彩灯的左移或右移或左右交替移动。

调节电位器可以改变彩灯移动的速度和彩灯左右交替移动的周期。

方框图如下所示：（一）八位双向移位寄存器的组合电路的工作原理1、电路组成：电路由二块C D40194和八个彩灯组成。

2、电路功能：控制八路彩灯3、电路的工作原理：IC1的Q3端与IC2的DSR端（右移输入端）相连接，IC2的Q3端与IC1的DSR端（右移输入端）相连接，扩展成一个首尾相连的八位右移移位寄存器。

同理，IC1的Q0端与IC2的DSL端（左移输入端）相连接，IC2的Q0端与IC1的DSL 端（左移输入端）相连接，扩展成一个首尾相连的八位左移寄存器。

两个CP端分别连接在一起，受时钟脉冲的控制；两个S0、S1端分别连接在一起，由S0S1控制移位寄存器的工作方式，八个输入端接到拨码开关的八个极上，由拨码开关预置输入端的状态，作为彩灯起始状态和彩灯串彩灯个数的预置端，移位寄存器的八个输出端接到八个彩灯上。

从而实现了控制八路彩灯。

（二）时钟脉冲产生电路1、电路组成：电路由二个三极管VT3和VT4及阻容元件组成。

2、电路功能：为八位双向移位寄存器提供脉冲信号。

3、电路的工作原理：刚通电时，由于VT3和VT4的参数存在着差异导致一个三极管先导通，另一个三极管截止，电路形成振荡，VT3和VT4不断地轮流导通和截止，形成振荡，产生脉冲，由三极管VT4的集电极输出脉冲送到移位寄存器的脉冲输入端。

RP3可以改变电路振荡的频率，从而改变了彩灯的移动的速度。

（三）移位寄存器的功能控制电路1、电路组成：由或门CD4071、开关SB和K、二个三极管和若干个阻容元件组成。

2、电路功能：控制彩灯的左移或右移或左右交替移动。

3、电路的工作原理：当开关SB闭合时，或门CD4071输出为高电平，S0S1=11，移位寄存器处于并行输入状态，移位寄存器的八个输入端在时钟脉冲的到来后，并行输出。

时序逻辑电路课程设计一、设计要求设计彩灯循环电路，用16只LED构成一个彩灯组，共有三种工作模式：（1）两只亮，两只灭，流水移动。

（2）以4只灯为一组，每组的4只灯依次点亮为一个循环，每次只亮一只灯。

（3）以4只灯为一组，每组的4只灯依次点亮，先点亮的保持，待全部亮后，同时熄灭，再开始下次的循环。

要求：输入start有效时，三种工作模式自动轮流循环，每种方式工作10次后，切换到下一模式。

输入stop有效时，停止，并保持全亮。

（此题能用multisim10.0或proteus7.5仿真实现最好，时钟频率10Hz）要求：输入start有效时，三种工作模式自动轮流循环，每种方式工作10次后，切换到下一模式。

输入stop有效时，停止，并保持全亮。

（此题能用multisim10.0或proteus7.5仿真实二、设计思路所有循环中都是以4个灯泡为一组实行的,所以可以将16个灯泡分为4组.每组4个,每一组用一个电路,具体实现方法如下.循环1:利用74163的二进制自动计数循环,一个输出端控制两个灯泡可实现循环1中的两灯泡开关循环交替.循环2:利用74194的移动功能将单个”1”在四个输出端循环移动可实现循环2中的依次点亮4个灯泡.循环3:与循环2类似利用74194的右移功能和复位功能,先将4个输出端全部输出“1”再复位为”0”实现4个灯依次全亮再全灭.循环之间的切换:利用74163的计数功能每计10个数计为一个循环,再利用74138的选择输出功能,每完成一次计数换一个输出端进入另一个循环.由于计数之后要清零需要在每个技术器后加74373作为锁存器使用从而使端口切换完成.三、原理图74x138真值表四、仿真结果1循环部分1进22循环部分2进33循环部分stop五、总结及心得体会我认为这次课程设计的难点在于数据选择的处理上面，要先分析好哪次的数据哪一路需要，再用多路分配器分配到该路。

至于时序部分的设计我倒是觉得比较容易。

图9 74LS04非门的引脚图
表4 74LS04非门的真值表
4)74LS08与门的引脚图如图10所示，其真值表如表5所示：
图10 74LS08管脚图
表574LS08与门的真值表
3.2 实现控制功能的电路
1） 电路中有有3个74LS194芯片，共有5个状态，可以用74LS161和74LS138来实现，电路如图11所示：
广告彩灯作为广告的一个重要元素，也渐渐成为广告的灵魂，也成为了城市夜景的一道亮丽的风景线。
刚刚学完了数电知识，正好通过这次课程设计，进一步巩固了理论知识，而且全面掌握了课设的基本流程，此外，分析与解决问题的能力也得到了相应的提升。
此次设计我们用到了555定时器构成的秒脉冲发生器，74LS138，74LS161,JK触发器以及各种逻辑门电路来实现我的方案，充分利用了模电和数电的知识来不断地解决实验过程中发现的问题，这也是这次课程设计的目的和意义所在。
1）JK触发器的管脚图和真值分别如图7所示：Q Q
SD J CP K RD
图7 JK触发器管脚图
表2 JK触发器真值表
J
K
Qn+1
逻辑功能
0
0
Qn
保持
0
1
0
置0
1
0
1
置1
1
1
Qn
翻转
2）74LS00与非门的管脚图如图8所示，真值表如表3所示：
图8 74LS00管脚图
表3 74LS00的真值表
3）74LS04非门的引脚图如图9所示，真值表如表4所示：
图6信号分频及选择
JK触发器下降沿有效，J=K=1时，每来一个脉冲变化一次，因此它的输出是1.6S的信号，当Y3与Y4同时为1，根据电路，可以知道此时为单层灯移动，另外根据分频电路可以知道此时输出的也为0.8s的信号，而当Y3和Y4中有一个0时，电路为全部左移或全部右移的过程。此时电路输出的也为1.6s的信号，实现了分频和信号的选择的过程。