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1、数字电路课程设计彩灯控制实验数字电路课程设计报告 设计课题题目：彩灯控制电路 *学院计算机科学与技术学院 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 09计本 指导教师： 王XX 学 号： 123456789 姓 名： XX 题目：彩灯控制电路 一、 设计目的 1、进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。 2、了解数字电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 3、熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，掌握集成计数器的逻辑功能和工作原理，设计可预置时间的定时电路。画出彩灯控制电路的逻辑电路图，掌握彩灯控制电路的工作原理及其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作
2、用进行分析。另外还要掌握电路原理和分析电路设计流程，每个电路的设计都要有完整的设计流程。这样才能在分析电路是有良好的思路，便于查找出错的原因进一步学会使用其进行电路设计。 4、培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。 。 二、设计要求 1 彩灯控制电路中的彩灯分别用3个彩灯“S1：红， S2：黄， S3：蓝”表示。 2 彩灯控制电路设计，三个灯亮暗如图所示顺序进行。 在实验中，黑色设定为灯亮，白色设定为灯灭。 三方案设计与论证 1、设计思路 题目要求彩灯要如图所示发生变换，假设灯亮为“1”，灯灭为“0”，则其逻辑转换关系为“111101010000”。 为此，先可以做出一个模四加法计数器，
3、即循环输出“000001010011”，再通过各种逻辑门来进行转换。既然要用到计数器，那么可以运用集成计数器74LS193和74LS161来完成实验。 2、设计方案 - 2 - 2 方案一：模四计数器的设计 采用74LS193集成计数器设计电路。由于此芯片是双时钟4位二进制同步可逆计数器，由其逻辑功能表可知： 清零 预置 时钟 预置数据输入 输出 MRD 1 0 0 0 PL 0 1 1 CPU 1 CPD 1 D3 D2 D1 D0 Q3 L Q2 L Q1 L Q0 L D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 加计数 减计数 表1 74LS193的功能表 当PL置“1”，计数脉冲由
4、 CPU 端输入时，计数器进行累加。而又要将四个输入端转换成三个，故用上异或门74LS86，并使Q2 端接上非门，这样就能实现Q2 与Q3 的同或运算。相当于合并为一个输出端。这样我们就完成了模四计数器。 逻辑转换电路的设计 由于此时电路输出的的逻辑符号为“000001010011”，故要加上逻辑门将其转换成目标逻辑符号“111101010000”。 Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 转换前 由此逻辑表可得： 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 转换后 QQ2= Q= Q2QQ1120- 3 - 3 Q0= Q2Q1于是,可以采用与
5、门来完成逻辑电路的转换。 彩灯控制电路的组成方框图为： 脉冲信号 输出源 带 加 减 的 计 数 器 逻 辑 电 路 彩 灯 输 出 彩灯控制电路的仿真电路图为： 方案二：模四计数器的设计 采用74LS161集成计数器设计电路。由其逻辑功能表可知： 表2 74161的功能表 清零 预置 使能 时钟 预置数据输入 输 出 MR 0 1 1 1 LD 0 1 1 ENP ENT 0 0 CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 L L Q1 L Q0 L D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 保 持 保 持 Q0 - 4 - 4 1 1 1 1 计 数 当LD置“1”，计数脉冲由 CPU 端输
6、入时，计数器进行累加。这时候将MR接Q2端即可实现“100101110111”的逻辑循环。 逻辑转换电路的设计 由于此时电路输出的的逻辑符号为“000001010011”，故要加上逻辑门将其转换成目标逻辑符号“111101010000”。 转换前 转换后 Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 由此逻辑表可得： Q2= Q1Q2Q1= Q0Q2Q0= Q1Q2于是,可以采用与门来完成逻辑电路的转换。 彩灯控制电路的组成方框图为： 带 逻 加 辑 电 脉冲信号 减 路 输出源 的 计 彩 数 灯 器 输
7、出 - 5 - 5 彩灯控制电路的仿真电路图为： 方案三：四位循环计数器的设计 采用74LS194四位双向移位寄存器设计。把移位寄存器的输出反馈到它的串行输出端，就可以进行循环移位。其状态转换图为： 逻辑转换电路设计 转换前 转换后 Q3 Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 由此逻辑表可得： 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 QQQ2= Q Q031= Q3 Q10= Q0 Q3- 6 - 6 彩灯控制电路的组成方框图为： 脉冲信号 输出源 四位环形计数器 逻 辑 电 路 彩 灯 输 出 彩灯控制电路的仿真电路图为： 比较所用逻辑门的数量，本实验采用方案三。 四、硬件制作与调试 将电路根据功能分成两大块，分别是计数器部分和组合逻辑电路部分。在方案一中，开始调试时很多次都不能成功，原因是模四计数器的失败。还有，接入彩灯后，要根据彩灯的电流、电压来判断所接电阻的值，否则灯将会被烧坏。电路经修改后，实现所需要的彩灯控制。 - 7 - 7 五、设计总结 六、参考文献 百度网站 数字电路逻辑与设计 - 8 - 8
