38彩燈控制邏輯電路.doc

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)彩燈控制邏輯電路學(xué)院：電子信息工程學(xué)院專業(yè)、班級(jí)：電氣 081502 班姓名：朱晶學(xué)號(hào)： 200822130112指導(dǎo)老師：閆曉梅2010年月日 3 4 5 13 14 17 17彩燈控制邏輯電路一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈控制邏輯電路。R、Y、G分別代表紅、黃、綠三個(gè)不同顏色的彩燈。當(dāng)控制信號(hào) A=0時(shí)，要求三個(gè)燈的狀態(tài)按圖a 的狀態(tài)變化；而 A=1時(shí)，要求三個(gè)燈的狀態(tài)按圖b 的狀態(tài)循環(huán)變化。 圖中涂黑的圓圈表示燈點(diǎn)亮， 空白的圓圈表示燈熄滅。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求循環(huán)方式一循環(huán)方式二二、總體框圖本設(shè)計(jì)主要由四大模塊電路組成：脈沖信號(hào)、計(jì)數(shù)器、三路彩燈、彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)脈沖信號(hào)的功

2、能是實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期為1S的脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)器的功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)可預(yù)置的加減法的計(jì)數(shù)器組成，實(shí)現(xiàn)從 0 遞增置數(shù)到 7，然后再?gòu)?7 遞減到 0。譯碼器的功能是轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器的電平實(shí)現(xiàn) 8 盞 LED彩燈自左到右依次點(diǎn)亮， 然后再?gòu)挠业阶笠来吸c(diǎn)亮，進(jìn)行循環(huán)。LED彩燈的功能是在電平的作用下進(jìn)行有規(guī)律的閃爍。彩燈循環(huán)系統(tǒng)主要是由非門，與門，或門等組成的循環(huán)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。該電路系統(tǒng)流程圖如下：脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)器三路彩燈彩燈循環(huán)系統(tǒng)圖（ 1）總體框圖三、選擇器件本次課程設(shè)計(jì)所用器件如表一：表一本次課程設(shè)計(jì)所用器件型號(hào)名稱數(shù)目74LS160十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器174LS1383 線 8 線譯碼器174LS04非門67

3、4LS08與門374LS32N或門6LED發(fā)光二極管1SPST開(kāi)關(guān)2PROBE彩燈31加法計(jì)數(shù)器 74LS160它是同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，當(dāng) LOAD端輸入低電平時(shí)處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)， D0、D1、D2、 D3的數(shù)據(jù)將會(huì)在 CP上升沿到達(dá)時(shí)被置入 Q0、Q1、 Q2、Q3中，它的預(yù)置數(shù)是同步的。右圖是 74LS160的引腳分配圖，圖中 LOAD為預(yù)置數(shù)控制端， A、B、C、D 為數(shù)據(jù)輸入端， RCO為進(jìn)位輸出端， CLR為異步置零端， QAQD為四位數(shù)據(jù)輸出端， EP和 ET為工作狀態(tài)控制端。圖 （2-A） 74LS160 的邏輯符號(hào)圖（ 2-B）邏輯框圖圖 （3） 74LS160 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖

4、 （3）為 74LS160的內(nèi)部原理圖。當(dāng) RC=0時(shí)所有觸發(fā)器將同時(shí)被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響。當(dāng) RC=1、LD=0時(shí)，電路工作在預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時(shí)門 G16-G19的輸出始終是 1，所以 FF0-FF1 輸入端 J、K 的狀態(tài)由 D0-D3 的狀態(tài)決定。當(dāng) RC=LD=1而 EP=0、ET=1時(shí)，由于這時(shí)門 G16-G19的輸出均為 0，亦即 FF0-FF3 均處在 J=K=0 的狀態(tài)，所以 CP信號(hào)到達(dá)時(shí)它們保持原來(lái)的狀態(tài)不變。同時(shí) C 的狀態(tài)也得到保持。如果 ET=0、則 EP不論為何狀態(tài)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)也保持不變，但這時(shí)進(jìn)位輸出 C 等于 0。當(dāng) RC=LD=EP=E

5、T=1時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。從電路的0000 狀態(tài)開(kāi)始連續(xù)輸入16 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，電路將從1111 的狀態(tài)返回 0000 的狀態(tài)， C 端從高電平跳變至低電平。利用C 端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號(hào)。表二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS160的功能表CPEPET工作狀態(tài)X0XXX置零10XX預(yù)置數(shù)X1101保持X11X0保持（但 C0 ）1111計(jì)數(shù)由表一可得，當(dāng)置數(shù)端為0 時(shí)，輸出全為 0。預(yù)置數(shù)端為 0，當(dāng)脈沖到達(dá)時(shí)，計(jì)數(shù)器置數(shù)；當(dāng)置數(shù)和預(yù)置數(shù)端都為1，且 EP=ET=1時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；當(dāng) EP=0，EP=1時(shí)，輸出不變， 且 RCO=0；當(dāng) ET=1時(shí)，各輸出及 RCO都保持不變

6、。2 . 3線 8 線譯碼器 74LS138輸入的 3 位二進(jìn)制代碼共有8 種狀態(tài)，譯碼器將每個(gè)輸入代碼譯成對(duì)應(yīng)的一根輸出線上的高、低電平信號(hào)。圖（4）為 3 線-8 線譯碼器 74LS138的邏輯符號(hào)圖，其有 3 個(gè)附加的控制端 G1、G2A和 G2B。當(dāng) G1=1、G2A+G2B=0時(shí)，其附加門 GS才輸出高電平（ S=1），譯碼器處于工作狀態(tài)。 否則譯碼被禁止， 所有的輸出端被封鎖在高電平， 這三個(gè)控制端也叫做 “片選” 輸入端，利用片選的作用可以將多片連接起來(lái)以擴(kuò)展譯碼器的功能。圖（ 4） 3 線-8 線譯碼器 74LS138的邏輯符號(hào)圖圖（ 5）3-8 譯碼器 74LS138 的邏輯

7、框圖圖（ 6）74LS138的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表三3線 8 線譯碼器74LS138 的功能表輸入輸出S1S2+S3A0A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70XXXX11111111X1XXX1111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110由 3 線-8 線譯碼器 74LS138的功能表也可以看出，當(dāng)S1=0時(shí)，無(wú)論 S2+S3等于 0還是1，譯碼器都處于禁止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)S1=1,S2+S3=0時(shí)，譯碼器處于工作狀態(tài)。3.三極管

8、非門 74LS04仔細(xì)觀察一下圖中給出的三極管開(kāi)關(guān)電路即可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出等于低電平， 而輸入為低電平時(shí)輸出等于高電平。 因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實(shí)際上就是一個(gè)非門。 （亦稱反向器）。當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)， 應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)， 以使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。設(shè)計(jì)電路所用的芯片是74LS04，如下圖所示：圖 （ 7） 74LS04 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖（ 8）三極管非門74LS04的邏輯框圖功能表如下圖：表四 非門功能表圖（ 9） 74LS04的邏輯符號(hào)邏輯函數(shù)式 Y= A4. 74LS08 為

9、四 2 輸入與門最簡(jiǎn)單的與門可以用二極管和電阻組成。74LS08是四組二輸入端的與門。其邏輯框圖如下圖：圖（ 10） 74LS08的邏輯框圖其邏輯輯符號(hào)如下圖：圖（ 11）74LS08的邏輯符號(hào)其邏輯功能表如下：表五 74LS08 的邏輯功能表1A1B1Y2A2B2Y3A3B3Y4A4B4Y000000000000010010010010100100100100111111111111其邏輯功能描述如下：當(dāng)兩個(gè)輸入端 A=0， B=0 時(shí)，輸出端當(dāng)兩個(gè)輸入端 A=0， B=1 時(shí)，輸出端當(dāng)兩個(gè)輸入端 A=1， B=0 時(shí)，輸出端當(dāng)兩個(gè)輸入端 A=1， B=1 時(shí)，輸出端Y 為低電平 0，即 Y

10、=0；Y 為低電平 0，即 Y=0；Y 為低電平 0，即 Y=0；Y 為低電平 1，即 Y=1；即只要兩個(gè)輸入端 A、B 的輸入電平有一個(gè)是低電平 0，輸出端 Y 即為低電平 0；只有 A、 B 的輸入電平全為 1，輸出端 Y 才為高電平 1。5.74LS32 為四 2 輸入或門，實(shí)現(xiàn)Y=A+B。當(dāng)輸入全為高電平時(shí)，輸出為高電平；當(dāng)輸出當(dāng)中只要有一個(gè)為低電時(shí)，輸出就為低電平。表六或門功能表圖（ 12） 或門邏輯圖6LEDLED是發(fā)光二極管 Light Emitting Diode的英文縮寫(xiě)。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、

11、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品種全等特點(diǎn)。 目前 LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體， 已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。 管腳分別接輸出段的 、 、圖形顯示如下圖所示：四、功能模塊1、譯碼電路：選用 3 線-8 線 74LS138譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖（ 13）74LS138管腳圖表七 3 線-8 線譯碼器 74LS138的真值表由上圖可見(jiàn)， 74LS138有 3 個(gè)地址輸入端 A2、A1、A0。如果想對(duì) 4 位二進(jìn)制代碼譯碼，只能利用一個(gè)附加控制端（S1、S2、S3當(dāng)中的一個(gè)）作為第四個(gè)地址輸入端。2. 計(jì)數(shù)顯示十進(jìn)制計(jì)數(shù)器將雙方終端二極管正極經(jīng)非門后的輸出分別接到兩個(gè)74LS16

12、0同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的 EN、EP端， 74LS160的兩組四位 BCD碼分別接到實(shí)驗(yàn)裝置的兩組譯碼顯示器的 A、B、 C、 D 的插口處。當(dāng)一方取勝時(shí)，該方終端二極管發(fā)亮，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一計(jì)數(shù)。五、總體設(shè)計(jì)電路圖（ 1） 總電路說(shuō)明：圖中由脈沖發(fā)生器輸出1HZ脈沖，輸出端接到計(jì)數(shù)器74LS160的 CLK端，通過(guò) 74LS160的計(jì)數(shù)功能，發(fā)出 0000到 0100 的信號(hào)，計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端 Q0Q1Q2Q3分別加在 3 線 8 線譯碼器的 ABCD端，由于 74LS160經(jīng)過(guò)置數(shù)組成了五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在輸出端接適當(dāng)?shù)姆情T與或門，以實(shí)現(xiàn)燈的循環(huán)亮滅。2. Multisim

13、 仿真結(jié)果用 Multisim 對(duì)總電路進(jìn)行仿真，仿真開(kāi)始后，彩燈依時(shí)間順序按設(shè)計(jì)要求變亮或熄滅。這一點(diǎn)也可以從電路圖仿真結(jié)果中得到驗(yàn)證。3. 總電路的硬件實(shí)現(xiàn)各模塊的功能已經(jīng)在功能模塊中得到了硬件實(shí)現(xiàn)， 并驗(yàn)證正確，將各模塊連接起來(lái)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)，彩燈實(shí)現(xiàn)循環(huán)一的變化，再通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)的閉合，彩燈實(shí)現(xiàn)循環(huán)二的變化。VCC5VV1100 Hz5 VU2DCD_HEX4321U11CLRU39LOAD1015NOT7ENT RCOENP2CLK3AQA144BQB135CQC126DQD1174LS160DU101AY0152BY1143CY2136G1&Y312Y4114G2AY5105G2BY69Y7774LS138DX1X32.5 VX22.5 V2.5 VJ2J1Key = 1Key = 11U41U61U8OR2OR2OR2=U71U9OR2U5=1OR2=1OR2U14AND2&U16NOTU18U17NOTNOTU13U15U11AND2U12NOT&AND2NOT&六、課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)兩個(gè)星期的努力，終于完