简易彩灯控制电路.docx
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简易彩灯控制电路
数字电子技术课程设计报告
——简易彩灯控制电路
学院：
电子信息工程学院
班级：
学号：
姓名：
指导老师：
闫晓梅
实习时间：
2014年12月
一．设计任务与要求――――――――――――――－
（2）
二．总体框图――――――――――――――――――
（2）
三．选择器件――――――――――――――――――（3）
1.74LS00-------------------------------------（3）
2.74LS04-------------------------------------（4）
3.74LS08-------------------------------------（4）
4.74LS32-------------------------------------（5）
5.74LS33-------------------------------------（6）
6.74LS161------------------------------------（7）
7.74LS194------------------------------------（8）
8.74LS86-------------------------------------（9）
四．功能模块――――――――――――――――――（13）
五．总体设计电路―――――――――――――――-（17）
1.仿真实验-----------------------------------（16）
2．数字实验箱验证实验-------------------------（18）
六．课程设计心得---------------------------------（19）
简易彩灯循环控制器的设计与制作
一、设计任务和要求
设计一个电路控制彩灯的循环显示，要求8个发光二极管排成一行，二极管的亮灭构成彩灯的图形，要能循环显示以下8种彩图案：
（1）彩灯自左向右渐亮至全亮。
（2）彩灯自左向右渐灭至全亮。
（3）彩灯自右向左渐亮至全亮。
（4）彩灯自右向左渐至灭全灭。
（5）彩灯全亮。
（6）彩灯全灭。
（7）彩灯全亮。
（8）彩灯全灭。
二、总体框图
八个灯整体循环
前四个灯控制电路
十二进制计数器
后四个灯控制电路
图1设计总体框图
在总体框图中，十二进制计数器有74LS161芯片构成，依次从0到11进行循环计数，分别控制前四个灯和后四个灯的十二种工作状态。
前四个灯的控制电路和后四个灯的控制电路均由74LS194芯片组成，运用了74LS194芯片的移位寄存功能。
最后将八个灯在正确的位置进行摆放，使其能满足题目所要求的工作状态。
三、选择器件
序号
元器件
元件标号
参数或型号
个数
功能
1
74LS系列
U1
74LS00N
3块
与非门
2
74LS系列
U2
74LS161N
1块
计数
3
74LS系列
U3，U8
74LS194
2块
移位寄存
4
74LS系列
U4
74LS08N
3块
与门
5
74LS系列
U5
74LS32N
1块
或门
6
74LS系列
U6
74LS33N
1块
或非门
7
74LS系列
U7
74LS04N
3个
非门
8
74LS系列
U9
74LS86N
2个
异或门
9
脉冲发生器
XFG1，XFG2
各1个
10
LED
D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7
8个
11
VCC
+5V
2个
高电位
表1元器件总表
1.74LS00
74LS00是四2输入与非门，其逻辑符号，逻辑功能表，内部原理图分别如下：
表274LS00的逻辑功能表图274LS00的内部结构
图3与非门逻辑符号图474L00管脚图
74LS00的逻辑功能表达式：
Y=AB
2.74LS04
74LS04为六反相器，它的输入为A，输出为Y，6个相互独立反相。
电压5V，电压范围在4.75~5.25V内可以正常工作。
门数6，每门输入输出均为TTL电平（<0.8V低电平 >2v高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流8mA。
其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别如下：
图574LS04的内部结构表374LS04功能表
图674LS04的逻辑符号图774LS04的管脚图
3.74LS08
74LS08为四组2输入端与门
引出端符号:
1A－4A输入端
1B－4B输入端
1Y－4Y输出端
图874LS08结构图
表474LS08功能表
4.74LS32
74LS32为四组2输入端或门（正逻辑）。
引出端符号：
1A－4A输入端
1B－4B输入端
1Y－4Y输出端
图974LS32结构图
表574LS32功能表
5.74LS33
74LS33为集电极开路输出的四组2输入端或非缓冲器（正逻辑）
引出端:
1A－4A输入端1B－4B输入端1Y－4Y输出端
图974LS33结构图表674LS33功能表
6.74LS161
74LS161为二进制同步计数器，具有同步预置数、异步清零以及保持等功能。
图1074LS161引脚图
输入
输出
CTr
CTp
CP
D0
D1
D2
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
0
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
1
0
×
×
↑
d0
d1
d2
d3
d0
d1
d2
d3
1
1
1
1
↑
×
×
×
×
计数
1
1
0
×
×
×
×
×
×
保持
1
1
×
0
×
×
×
×
×
保持
注：
QCC=CTr·Q0·Q1·Q2·Q3
表774LS161的功能表
功能详细介绍：
从功能表的第一行可知，当
＝0（输入低电平），则不管其他输入端（包括CP端）状态如何，四个数据输出端QA、QB、QC、QD全部清零。
由于这一清零操作不需要时钟脉冲CP配合（即不管CP是什么状态都行），所以
为异步清零端，且低电平有效，也可以说该计数器具有“异步清零”功能。
从功能表的第二行可知，当
＝1且
＝0时，时钟脉冲CP上升沿到达，四个数据输出端QA、QB、QC、QD同时分别接收并行数据输入信号a、b、c、d。
由于这个置数操作必须有CP上升沿配合，并与CP上升沿同步，所以称那么该芯片具有“同步置数”功能。
从功能表的第三行可知，当
＝
＝1，CTr＝CTp＝1时，则对计数脉冲CP实现同步十进制加计数；而从功能表的第四行又知道，当
＝
＝1时，只要CTr和ENP中有一个为0，则不管CP状态如何（包括上升沿），计数器所有数据输出都保持原状态不变。
因此，CTr和CTp应该为计数控制端，当它们同时为1时，计数器执行正常同步计数功能；而当它们有一个为0时，计数器执行保持功能。
另外，进位输出QCC=CTr·Q0·Q1·Q2·Q3表明，进位输出端仅当计数控制端CTr＝1且计数器状态为15时它才为1，否则为0。
7.74LS194
移位寄存器是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。
既能左移又能右移的称为双向移位寄存器。
根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：
串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。
本实验选用的是4位双向移位寄存器,型号为74LS194（TTL器件）。
图1174LS194的逻辑符号及引脚排列
管脚介绍：
D0～D1为并行输入端
Q0～Q3为并行输出端；
SR――右移串行输入端；
SL－－左移串行输入端；
S1、S0――操作模式控制端；
――为直接无条件清零端；
CP――为时钟脉冲输入端。
输入
输出
功能
CR
模式
CP
串行
并行
Q0Q1Q2Q3
M0M1
DSRDSL
D0D1D2D3
0
ΦΦ
Φ
ΦΦ
ΦΦΦΦ
0000
清零
1
ΦΦ
0
ΦΦ
ΦΦΦΦ
0000
保持
1
11
↑
ΦΦ
dddd
dddd
置数
1
01
↑
Φ1
ΦΦΦΦ
Q3→Q0亮
左移
1
01
↑
Φ0
ΦΦΦΦ
Q3→Q0灭
左移
1
10
↑
1Φ
ΦΦΦΦ
Q0→Q3亮
右移
1
10
↑
0Φ
ΦΦΦΦ
Q0→Q3灭
右移
1
00
Φ
ΦΦ
ΦΦΦΦ
保持
表874LS194功能表
8.74LS86
74LS86是常用的TTL2输入端四异或门。
图1274LS86管脚图
74LS86逻辑功能表达式：
Y=A⊕B=AB+AB
表974LS86功能表
四、功能模块
1.十二进制计数器
十二进制计数器由74LS161芯片和与非门组成，具体电路图如下：
图1374LS161构成十二进制计数器
输出
QD
QC
QB
QA
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
10
1
0
1
0
11
1
0
1
1
表10计数器真值表
2.前四个灯的控制电路
1）首先列出前四个灯的状态真值表，如下：
彩灯状态
Q7Q6Q5Q4输出编码
从左至右亮
1000→1100→1110→1111
保持
1111→1111→1111→1111
从左至右灭
0111→0011→0001→0000
保持
0000→0000→0000→0000
保持
0000→0000→0000→0000
从右至左亮
0001→0011→0111→1111
保持
1111→1111→1111→1111
从右至左灭
0111→0011→0001→0000
全亮
1111
全灭
0000
全亮
1111
全灭
0000
表11前四个灯的状态表
由表11和表表8可得控制前四个灯的74LS194芯片的输入端的逻辑表达式：
CR=Q3Q0M0=QOQ2+Q3M1=（Q0+Q2）
DSR=Q1DSL=Q1
由上述公式可得电路如下：
图14前四个灯的控制电路
根据上面的电路进行仿真实验，部分结果如下：
图15前四个灯仿真
图16前四个灯仿真
3后个灯的控制电路
1）首先列出后个灯的状态真值表，如下：
彩灯状态
Q3Q2Q1Q0输出状态
保持
0000→0000→0000→0000
从左至右亮
1000→1100→1110→1111
保持
1111→1111→1111→1111
从左至右灭
1110→1100→1000→0000
从右至左亮
1000→1100→1110→1111
保持
1111→1111→1111→1111
从右至左灭
0111→0011→0001→0000
保持
0000→0000→0000→0000
全亮
1111→1111→1111→1111
全灭
0000→0000→0000→0000
全亮
1111→1111→1111→1111
全灭
0000→0000→0000→0000
表12后四个灯的真值表
由表12表表8可得控制后四灯的74LS194芯片的输入端的逻辑表达式：
CR=Q0Q3M0=（Q2⊕Q3）Q0M1=（Q0⊕Q3）Q2
DSR=Q1DSL=Q1
由上述表达式可得电路如下：
图17后四个灯控制电路
图18后四个灯仿真
五、总体设计电路图
1.仿真实验
由前四个灯的控制电路和后四个灯的控制电路可得整体真值表如下：
彩灯
输出状态编码
自左至右亮
10000000→11000000→11100000→11110000→11111000→11111100→11111110→11111111
自左至右灭
11111110→11111100→11111000→11110000→11100000→11000000→10000000→00000000
自右至左亮
00000001→00000011→00000111→00001111→00011111→00111111→01111111→11111111
自右至左灭
11111110→11111100→11111000→11110000→11100000→11000000→10000000→00000000
全亮
11111111
全灭
00000000
全亮
11111111
全灭
00000000
表13整体真值表
由前四个灯的控制电路和后四个灯的控制电路可得整体电路图：
图19整体电路图
图20整体仿真结果1
图20是八个灯整体从左往右渐亮至全亮。
图21整体仿真结果2
图21八个灯整体从右往左渐亮至全亮。
2.数字实验箱验证实验
按照电路图所示进行连接，注意各连线的正确性。
同时注意在给脉冲时，74LS161芯片的的脉冲应该是大于或等于74LS194芯片的脉冲的四倍，这样才能让八个灯进行完整的循环。
在实际连线过程中，根据前面介绍的各芯片的结构进行正确的连接即可。
连接电路时LED灯的连接顺序一定要对，同时灯的摆放位置也要正确。
连接时两个74LS194芯片的输入端要接高电平，保证置数状态时输出端的全亮状态。
在老师的指导下，经过仔细的连接，顺利得出了正确的实验结果。
六．课程设计心得
本次电子技术工程设计用了两个星期的时间基本完成，设计效率虽然不是很高，但是本次电子技术工程设计都是按照要求完成的，本次课程设计中收获很多。
可以总结为以下的几点：
1.学会了电路设计辅助工具——Mutlisim，并用其制作出设计的原理图和仿真实验，认识到了Mutlisim对本专业学习的重要性，在以后的学习中讲更进一步的学习此软件，并能够熟练的掌握对其的使用。
2.初步了解对电路的设计的思维和方法，在这方面还有很多不足的地方，理论知识不强，专业的课外知识不充足。
在设计原理图时觉得很难下手。
3.刚开始在设计原理图时对于原理图连线和制作等细节方面做得不是很好，在这些方面需要得到提高，以至做到更好。
4.很好的将数电课本的知识融入到了实验中，既加深了对数电知识和元器件的理解，有很好的将理论结合了实际。
本次电子技术工程设计在老师的精心指导下，我们不仅仅学会里用Mutlisim画自己设计的原理图和仿真实验，更重要的是让我在这其中学会了很多其他的东西。
本专业的学习是很辛苦很需要耐心和意志力的，也很花时间，这都是现在感受到的。
更重要的是我在这期间认识到了求真务实精神的重要性，也许一种题目不止一种设计方法，但是我们能成功完成自己的设计方案就是对自己的信任，也是对知识理解的升华
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