1、目錄課程設計任務書1摘 要31方案設計41.1、方案比較41.1.1方案一：41.1.2方案二：51.1.3方案三：51.2方案選擇62 單元電路的設計62.1主要芯片62.1.1十進制計數器74ls16062.1.2 移位寄存器74 ls19472.1.3 led顯示數碼管82.2 自然序列循環發生器92.3 奇數序列循環發生器112.4 偶數序列循環發生器122.5 音樂序列循環發生器132.6 循環控制電路152.7二分頻器162.8 振蕩脈沖發生器172.9 復位電路183 總體電路及工作原理193.1 總體電路圖193.2 工作原理204 仿真結果214.1二分頻器214.2脈沖信號

2、發生電路仿真224.4 總電路仿真235 體會及總結23附錄25元件清單25參考文獻26課程設計任務書學生姓名： 專業班級：通信0804指導教師： 工作單位：信息工程學院題 目: 彩燈循環顯示控制電路設計 初始條件：multisim仿真軟件,74ls160十進制同步計數器，74ls194移位寄存器，d觸發器，數碼顯示管，參考資料等。要求完成的主要任務: （1）以led數碼管作為控制器的顯示元件，它能自動地依次顯示出數字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數列），1、3、5、7、9（奇數列），0、2、4、6、8（偶數列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音樂符號數列），然后由依次

3、顯示出自然數列、奇數列、偶數列和音樂符號數列.，如此周而復始，不斷循環。（2）打開電源時，控制器可自動清零。（3）每個數字的一次顯示時間基本相等，這個時間在0.5s到2s范圍內連續可調。指導教師簽名： 2010年 6月 30日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日摘 要由于中，大規模集成電路的迅速發展，使得數字邏輯電路的設計發生了根本性的變化。在設計中更多的使用中。大規模集成電路，不僅可以減少電路組件的數目，使電路簡捷，而且能提高電路的可靠性，降低成本。彩燈是一束束用導線連接起來的并聯燈泡，當接通電源后，彩燈就會工作，但里面可能是由編程或非編程的電路控制燈泡的運作的，譬如實現音樂彩燈、閃爍、循

4、環、時控等功能，數列的產生可以通過計數器和邏輯門實現，而循環則需要用到時序電路控制，如觸發器等，而最后可以用邏輯門把幾個輸出接到同一個數碼管。關鍵詞:數列 計數器 觸發器 數碼管abstractdue to the large scale integrated circuits, the rapid development of digital logic circuit, the design that fundamental changes. large-scale integrated circuits, not only can reduce the number of compone

5、nt circuit, the circuit is simple, and can improve the reliability of the circuit, and reduce cost. lights are connected with wire bundles, when switching power supply parallel light bulb, lights will work, but may be by programming or programming circuit control bulb of operation, such as music lig

6、hts, flash, realize functions such as circulation, they can produce, the sequence by counter and logic gates, and cycle is used to control the timing, such as ignitor and finally can use logic to handle some output received the same digital tube.1 方案設計隨著人們生活環境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。 led 彩燈由于其豐富的燈光色

7、彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經成為一種時尚。彩燈是一束束用導線連接起來的并聯燈泡，當接通電源后，彩燈就會工作，但里面可能是由編程或非編程的電路控制燈泡的運作的，譬如實現音樂彩燈、閃爍、循環、時控等功能 這次的彩燈電路設計是要求是：（1）以led數碼管作為控制器的顯示元件，它能自動地依次顯示出數字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數列），1、3、5、7、9（奇數列），0、2、4、6、8（偶數列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音樂符號數列），然后由依次顯示出自然數列、奇數列、偶數列和音樂符號數列.，如此周而復始，不斷循環。

8、（2）打開電源時，控制器可自動清零。（3）每個數字的一次顯示時間基本相等，這個時間在0.5s到2s范圍內連續可調。 彩燈電路有很多種方式可以實現。1.1、方案比較1.1.1方案一：利用單片機來設計彩燈循環顯示電路已經成為主流，單片機的優點時設計簡單，容易實現，只需一個簡單的程序就可以完成復雜的功能，彩燈的各種漂亮的顯示都是有賴于單片機的快速發展和應用，在我們的生活中單片機的應用會越來越多，分量會越來越重，各個方面都將有單片機發展的一席之地。下面是實現該功能的框圖： 圖1.1.1. 方案一原理框圖1.1.2方案二：圖1.1.2 方案二原理圖 74ls194構成的數列循環這個電路圖實現循環主要是依

9、靠74ls194的移位功能來完成的。先讓開關j1撥至與電源相接，就是接入高電平，這樣移位寄存器有了脈沖信號之后就可以實現置數的功能，四個輸出端為1000，再將開關j1撥至與地相接也就是接入低電平，這時寄存器就可以實現移位的操作了，然后通過脈沖信號的觸發下，寄存器的輸出就可以從1000010000100001，這樣依次循環了。然后四個輸出端用來控制計數器的信號控制端就可以控制序列輸出了。1.1.3方案三：數列的產生可以通過計數器和邏輯門實現，而循環則需要用到時序電路控制，如觸發器等，而最后可以用邏輯門把幾個輸出接到同一個數碼管。 利用十進制計數器74ls160組成數列發生器，用移位寄存器74ls

10、194組成控制電路。它的原理是:同步開關負責移位寄存器的置初值1000；d觸發器實現分頻作用；將自然序列，奇數序列，偶數序列，音樂序列由最大值向最小值變化時，高位輸出的變化作為移位寄存器的觸發脈沖，再用移位寄存器的輸出分別控制各序列產生芯片的清零端，可實現電路的循環顯示功能。1.2方案選擇經過比較，方案一需要很多的硬件知識和計算機編程，而且單片機電路我們了解的不是狠多，對于數字部分列舉了二個方案，方案三較簡便，僅利用一個芯片的邏輯功能就實現了數字顯示部分的功能，變化接法就可實現自熱序列。根據不同的接法可以實現課程設計中的各個要求是較理想的選擇，所以我選擇了第三個方案。2 單元電路的設計2.1主

11、要芯片2.1.1十進制計數器74ls160十進制計數器74ls160的管腳圖（圖2.1.1.1）和功能表（圖2.1.1.2） 圖2.1.1.1 74ls160管腳圖 圖2.1.1.2 74ls160功能表2.1.2 移位寄存器74 ls194移位寄存器74ls194的管腳圖（圖2.1.2.1）和功能表（圖2.1.2.2）如下所示： 圖2.1.2.1 移位寄存器引腳圖圖2.1.2.2 移位寄存器真值表2.1.3 led顯示數碼管led有共陰極和共陽極兩種。如圖所示。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽極則將發光二極管的陽極連接在一起，接入+5v的電壓。一位顯示器由8個發光二極管組成

12、，其中7個發光二極管構成字型“8”的各個筆劃（段）ag，另一個小數點為dp發光二極管。當在某段發光二極管施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護各段led不被損壞，需外加限流電阻。下圖為led數碼管結構原理圖：圖2.1.3.1 高電平驅動，共陰級圖2.1.3.2 低電平驅動，共陽極2.2 自然序列循環發生器 自然序列循環發生器需要產生從0到9的數字，利用芯片74ls160十進制同步計數器，可設計出自然序列。 如下圖所示，自然序列循環發生器的電路圖（圖2.2.1）和真值表（圖2.2.2），由電路圖和真值表可以看到，此電路當清零端、置數端、計數使能端cet、cep都接高電平時，輸

13、出端可以產生“0000”、“0001”、“0010”.“1001”、“0000”、“0001”.的循環序列，即產生了自然數列。 圖2.2.1 自然序列循環發生器電路圖 clrloadcetcepaction on the rising clock edgelxxx清零hlxx置數hhlx保持hhxl保持hhhh0000hhhh0001hhhh0010hhhh0011hhhh0100hhhh0101hhhh0111hhhh1000hhhh1001hhhh0000圖2.2.2 自然序列循環發生器真值表2.3 奇數序列循環發生器 奇數序列循環發生器需要產生“1”、“3”、“5”、“7”、“9”的數字

14、，此單元電路也可采用十進制計數器74ls160. 在自然序列產生電路的基礎上，將數碼管的低位輸入接高便可得到奇數列產生電路。 如下圖所示，奇數序列循環發生器的電路圖（圖2.3.1）和真值表（圖2.3.2）。 圖2.3.1 奇數序列循環發生器電路圖clrloadcetcepaction on the rising clock edgelxxx清零hlxx置數hhlx保持hhxl保持hhhh0001hhhh0011hhhh0101hhhh0111hhhh1001hhhh0001 圖2.3.2 奇數序列循環發生器真值表此電路當清零端、置數端、計數使能端cet、cep都接高電平，數碼管的低位端接高電平

15、時，輸出端可以產生“0001”、“0011”、“0101”、“0111”、“1001”、“0001”.的循環序列，即奇數列循環。2.4 偶數序列循環發生器偶數序列循環發生器的電路圖（圖2.4.1）和真值表（圖2.4.2），如下圖所示 圖2.4.1 偶數序列循環發生器電路圖clrloadcetcepaction on the rising clock edgelxxxresethlxxloadhhlxno changehhxlno changehhhh0000hhhh0010hhhh0100hhhh1000hhhh0000hhhh0010hhhh0100 圖2.4.2 偶數序列循環發生器真值表

16、此電路當清零端、置數端、計數使能端cet、cep都接高電平，數碼管的低位端接低電平時，輸出端可以產生“0000”、“0010”、“0100”、“0110”、“1000”、“0000”.的循環序列，即循環顯示偶數序列。2.5 音樂序列循環發生器 音樂序列循環發生器需要產生“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“0”、“1”的序列，此單元電路也采用十進制計數器74ls160. 音樂序列循環發生器的電路圖（圖2.5.1）和真值表（圖2.5.2），如下圖所示。 圖2.5.1音樂序列循環發生器電路圖clrloadcetcepaction on the rising clock

17、edgelxxx清零hlxx置數hhlx保持hhxl保持hhhh0000hhhh0001hhhh0010hhhh0011hhhh0100hhhh0101hhhh0111hhhh0000hhhh0001hhhh0010hhhh0011 圖2.5.2 音樂序列循環發生器真值表此電路當清零端、置數端、計數使能端cet、cep都接高電平，數碼管的高位端接低電平時，輸出端可以產生“0000”、“0001”、“0010”、“0011”、“0100”、“0101”、“0110”、“0111”、“0000”、“0001”.的循環序列，即循環顯示音樂數列。2.6 循環控制電路 如下圖所示，循環控制電路（圖2.6

18、.1）、真值表（圖2.6.2），其原理是將移位寄存器置數為qaqbqcqc=1000，再讓寄存器實現右移功能，就能在qaqbqcqd得到“1000”、“0100”、“0010”、“0001”、“1000”.的循環，從而控制4個序列循環發生器的工作。將qa、qb、qc、qd分別接自然序列、奇數序列、偶數序列、音樂序列。 圖2.6.1 循環控制電路clrs1s0clockdcbaqaqbqcqdhhh10001000hlh10000100hlh10000010hlh10000001hlh10001000. 圖2.6.2 循環控制電路真值表當開關打在上面時，s1，s0都接高電平，開始置入“1000”

19、序列，當開關打在下面時，s1接低電平，s0接高電平，開始進行右移位，且sr接qd可以完成循環移位，即100001000010000110002.7二分頻器圖2.7 二分頻器電路圖 在本實驗中自然循環數列發生器由0，1，2，3，4，5，6，7，8，9變換和音樂數列循環發生器由0，1，2，3，4，5，6，7，0，1變換，而奇數列由1，3，5，7，9變換，偶數列由0，2，4，6,8變換，由任務要求可知每次示數變換時間間隔相同，故采用分頻器。其中自然和音樂數列循環發生器的觸發頻率應該時奇數偶數數列循環發生器的兩倍。 如下圖所示，這個分頻器（圖2.7）是由d觸發器構成的，輸入端接輸出反向端，這樣就可以得

20、到qn+1=qn，這樣就可以使輸出端的脈沖頻率變為輸入端頻率的一半。 2.8 振蕩脈沖發生器 為了滿足電路的每個數字的一次顯示時間基本相等，這個時間在0.5s到2s范圍內連續可調的條件，可由555定時器構成的多諧振蕩器，如下圖所示，振蕩脈沖發生器（圖2.8.1）根據每次脈沖時間是0.5s到2s連續變化，經計算：接通電源后，電容c被充電，vc上升，當vc上升到2/3vcc時，觸發器被復位，同時放電bjt t導通，此時vo為低電平，電容c通過r2和t放電，使vc下降。當vc下降到1/3vcc時，觸發器又被置位，vo翻轉為高電平。電容器c放電所需的時間為 tpl=0.7r2c當c發電結束時，t截止，

21、vcc將通過r1、r2向電容器c充電，vc有1/3vcc上升到2/3vcc所需的時間為tph=0.7(r1+r2+rl)c 當vc上升到2/3vcc時，觸發器又發生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期的方波，其頻率為 f=1.43/（r1+2r2+rl）*c 圖2.8 脈沖發生器電路圖2.9 復位電路由于設計要求打開電源時，控制器自動清零，這可以由復位電路實現。復位電路是一種上電壓自動復位電路，利用的是電容兩端的電壓不能突變的原理，當打開電源時，復位信號保持在低電平，使控制器清零，隨著vcc通過電阻r對電容的充電，使c兩端電壓逐漸升高，經過一段時間后，復位信號才跨越邏輯閥值轉變為高電平，

22、使系統開始正常工作。電路如下圖所示。 圖2.9 復位電路3 總體電路及工作原理3.1 總體電路圖 總體電路如下圖（圖3.1）所示： 圖3.1彩燈循環顯示控制電路3.2 工作原理 如上圖所示，彩燈循環電路的工作原理：由移位寄存器構成的循環控制電路的qa、qb、qc、qd端分別接自然序列，奇數序列，偶數序列，音樂序列產生電路的清零端便可實行控制功能 ，將寄存器的abcd=1000，則可使qaqbqcqd=1000，不發生移位時只有自然序列工作。當寄存器開始移位時qaqbqcqd可得到10000100001000011000.從而使四個序列依次循環工作。當qaqbqcqd為1000數列時只有自然數列

23、發生器（第一塊74ls160芯片）工作，其他的都清零，計數器qdqcqbqa由0000 000100100011010001010111在向1000跳變時，四輸入或非門的輸出由高電平變為低電平，但循環控制器的脈沖觸發端是上跳沿有效，故不會移位，在繼續由1001向0000跳變的時候，四輸入或非門的輸出由低電平跳變為高電平，循環控制器右移一位，在自然序列單元中顯示器顯示為對應的0123456789，此后奇數列發生器開始計數，其他芯片都清零，故顯示器的低位固定接接高電平，計數器輸出由1001到0000跳變時，四輸入或非門的輸出由高電平變為低電平，但循環控制器的脈沖觸發端是上跳沿有效，故不會移位，在繼

24、續由1001向0001跳變的時候，四輸入或非門的輸出由低電平跳變為高電平，循環控制器又右移一位，繼而控制偶數列循環發生，在奇數列單元中，顯示器示數為對應的13579。偶數列循環發生器其原理與奇數列單元相似，當循環控制器繼續移位后，音樂序列發生器開始工作，計數器依舊由0000011110001001計數，當1001跳變為0000，循環控制移位，又控制自然序列單元由于奇數序列循環發生器、偶數序列循環發生器與自然序列循環發生器、音樂序列循環發生器的脈沖頻率要求不同，自然序列、音樂序列循環發生器的頻率是奇數序列、偶數序列循環發生器的一半，所以由d觸發器構成分頻器將脈沖發生器的脈沖頻率減半，接到自然序列和音樂序列的脈沖輸入端。復位電路是一種上電壓自動復位電路，利用的是電容兩端的電壓不能突變的原理，當打開電源時，復位信號保持在低電平，使控制器清零，隨著vcc通過電阻r對電容的充電，使c兩端電壓逐漸升高，經過一段時間后，復位信號才跨越邏輯閥值轉變為高電平，使系統開始正常工作。4 仿真結果4.1二分頻器圖4.1 二分頻電路仿真由上圖仿真結果可以看出，二分頻電路滿足本課設設計需要。4.2脈沖信號發生電路仿真圖4.2 脈沖信號發生電路仿真結果在輸出端得到一個周期的方波，其頻率為 f=1.43/（r1+2r2+rl）*c4.3復位電路仿真開