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本科课程设计报告
数字电路逻辑设计 四路彩灯显示系统
四路彩灯显示系统设计
一、设计目的
1、 熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。掌握移位寄存器的工作原理，
掌握计数、译码电路的工作原理及应用。
2、 通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取，安装调试等
环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
3、 学会撰写课程设计总结报告
4、 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二、设计任务
设计一个四路彩灯控制器,设计要求如下： （1） （2）
接通电源后，彩灯可以自动按预先设置的程序循环闪烁。 设置的彩灯花型由三个节拍组成：
第一节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮，灯亮时间1s，共用4s； 第二节拍：四路彩灯从右向左逐次渐灭，也需4s；
第三节拍：四路彩灯同时亮0.5s,然后同时变暗,进行4次,所需时间也为4s。 （3）三个节拍完成一个循环，一共需要12s。一次循环之后重复进行闪烁。
三、元件、仪器选择
元件型号 74LS194 74LS161 74LS20 74LS00 74LS32 个数 1 1 1 1 2
导线 实验箱 若干 1
四、设计过程
（1）设计思路
四路彩灯既有四路输出，设依次为Qd、
QcQb、
、Qa，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。
由表1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。
说 明 Qd输 出 Qc所用时间 Qa Qb 1s 1s 1s 1s 1s 1s 1s 1s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 0.5s 开机初态 第一节拍 逐次渐亮 第二节拍 逆序渐灭 第三节拍 同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，进行四次 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 表1：四路彩灯输出显示
分频及节拍控制可以用一个模12计数器来完成；彩灯渐亮、渐灭可以用器件的左移、右移功能来实现，因此可选用移位寄存器74194来完成。同时亮0.5s、同时灭0.5s可考虑把1Hz的秒脉冲信号直接加到输出显示端来完成。
综上所述，要完成四路彩灯显示功能需要有分频器、节拍控制器、节拍程序执行器及脉冲源等电路。
记第一，二，三节拍分别为Y0YY12有效时间应为4秒，Y0结束Y1马上开始，
Y1后Y2马上开始，如此循环不断。为此可考虑采用移位寄存器构成的移位型控
制器。由于有三个状态，因此需要用三个触发器对现时状态进行记忆，为使各状态的有效时间间隔为4秒，则驱动该移位控制器动作时钟周期应为4秒。应在开机瞬间，使移位型控制器的状态被确定下来，即Y0YY12节拍应为100，可控制输入信号使触发器置位、复位来实现。
为实现Y0功能要求器件具有右移功能，为实现Y1功能要求器件有左移功能；而且左、右移输入可为“0”也可为“1”；为实现
Y2功能，要求器件同时
QAS1具有并行置数功能。因此可选用一种具有左移、右移和并行置数功能的通用移位寄存器74LS194。74LS194具有并行输入端A、B、C、D，并行输出端
QB、
、
QC、
QD，右移输入端SR，左移输入端SL和模式控制输入端
S0S0，以
及一个无条件直接清除端CLR。模式控制输入
Y0YY12，
S1有00、01、10、11四种
组合方式，分别表示双向移位寄存器所具有的四种功能，即禁止、右移、左移和并行置数。为了使当（左移），当
Y0YY12YYYSSSS=100时，01 =01（右移），012=010时，01=10
=001时
S0S1=11（并行置数）。
S0S174LS194的输出端初态均为零，在开机瞬间，使移位控制端确定下来，即
Y0YY12 的状态被
SS =100时，01 =01 右移串行数据输入端 SR经脉冲信号
经四分频电路和 通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从右到左依次亮共 4秒 ，当
Y0YY12 =010
S0S1 =10 左移串行数据输入端 SL经脉冲信号经四分
频电路和 通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯从左到右依次灭共 4秒，
Y0YY12 =001
S0S1 =11 并行数据输入端 A、B、C、D经脉冲信号经四分频电
路和 通过两或门组成的节拍电路，使四路彩灯同时为“ 1”0.5秒、同时为“0”0.5秒，重复4遍共4秒，完成一个循环共需12秒，12个CP脉冲。
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3-5所示。其中脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为1Hz的时钟信号；分频器将1Hz的时钟信号四分频，用以产生0.25Hz（即4S）的时钟信号；节拍控制器产生三个节拍循环的控制信号；节拍程序执行器完成在每个节拍下的系统动作，即数据的左移、右移和送数功能，可以使用双向通用移位寄存器74LS194完成；显示电路完成系统循环演示的指示，可以用发光二极管模拟。
系统控制流程图及控制系统结构框图如下图所示：
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