数电课程设计-节日彩灯

数字电路课程设计报告（三）

设计题目：节日彩灯课程设计报告

（一）指标要求：

（1）灯的变化要符合人的视觉习惯、体现出节日的快乐气氛，富有变化，具有周期性，彩灯数量不少于八个；

（2）通过计算确定电路参数，变化的周期、时钟频率等；

（3）能进行启动、暂停、复位控制；

（二）采用设计方法

设计大致方案

上图所示，本电路由四个部分组成：时钟发生电路，十进制状态计数器组合电路，译码控制电路，彩灯驱动与显示电路，其工作流程为：时钟发生电路产生时钟脉冲，通过十进制状态计数组合电路实现分频率功能，分频的后的脉冲输入至译码控制电路，彩灯显示电路在译码控制电路的驱动下正确显示当前计数数据。通过控制十进制状态计数电路实现对电路的清零和暂停功能。

（三） 电路工作原理分析

（1） 器件列表：

74LS192 4片

74LS138 1片 74LS06 1片

数电实验箱 1台 连线 若干

（2） 芯片介绍：

74LS192芯片的功能，如下图：

74LS194是一个十进制计数芯片，图中L P （15）

为置数端，P0（15），P1（1），P2（10），P3（9）分别为计数器输入端，在L P 为低电平时，74LS192通过P0（15），P1（1），P2（10），P3（9）置入数据。CD （4）为减计数端，高电平有效。在减记数端有效的情况下进行减法计数。CU （5）为加法计数端，高电平有效。在加法记数端有效的情况下进行加法计数。U C T （12）

为非同步进位输出端，在加法计数过程出现 进位就会在进位端输出一个负跳变的进位脉冲。

D C T （13）为非同步借位输出端，在减法计数过程出现借位就输出一个负跳变的借位脉冲

（12）MR （14）为清零信号，Q0（3），Q1（2）Q2（6），Q3（7）为数据输出端。

74LS138芯片，如下图：

74LS138是一个3-8译码器，它的功能是将具

有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号。它具有A （1），B （2），C （3）3个

输入端，3

2个输出端和三个使能端，在使能输入端为有效电平时，对应每一组输入代码，只有其中一个输出端为低电平，其余输出端为高电平。74LS138的真值表如下：

74LS06芯片，如下图：

74LS08是一个六反向器，在本设计中取其中一个反向器使用。

（3）设计思想：

根据实验的具体环境，设计中的时钟脉冲信号电路由数电实验箱集成，本实验取的输出脉冲信号大约在1KHZ左右，通过四片十进制度计数器的分频，使其输入到译码部分的时钟频率达到1HZ即每隔离1s输出一个脉冲。计数器组合电路可以采用4片74LS192十进制计数器通过计数实现对输入脉冲的分频。在译码部分采用74LS138译码器，74LS138的译码输出端分别接八个彩灯，74LS138的使能部分接在在逻辑控制电路，清零的功能可以通过逻辑控制电路的清零开关使74LS192的各计数清零信，暂停的功能可以利用74LS08与门功能，让一个输入控制开关与脉冲输入信号相与，当控制开关打到低电平时可以实现屏蔽脉冲输入信号，然后实现暂停的功能。

（3）工作原理分析：

具体的电路设计图如下图示：

电路设计图

1，图中的脉冲信号由数电实验箱提供1KHZ的时钟脉冲，此时的信号频率为1KHZ，当信号通过u1，在u1的十进制加法分频后从进位输出端输出信号频率变为100HZ，信号进入u2后，u2对其计数，并再次实现十倍分频率。信号通过u2十进制加法分频后从进位输出端输出的信号频率变为10HZ，u3接受此信号进行加法计数，实现分频。信号通过u3十进制加法分频后从进位输出，输出的脉冲信号次时频率变为1HZ，u4对其计数。

2，在1HZ脉冲的驱动下u4从零开始并每隔1s使其计数值增加1，u4在此不做分频率功能，而是为74LS138译码器件提供译码控制信号。

3，74LS138的八个输出管脚分别连接一个LED灯，当相对应的输入信号与输出端匹配时输出信号为变低电平，LED灯也就会熄灭。

4，由于74LS138是一个3-8译码器，而74LS192是一个十进制的加法器件，为了使其LED灯连贯显示，需要对74LS192做调整使其变为八进制的计数。这就需要利用74LS192的置数功能。置数端P0，P1，P2，P3分别接低电平。74LS192的Q4，接入到74LS06器反向一下然后输入到自己的置数端，即一旦Q4为高电平，使其反

向成低电平输入到置数端，置数端有效后自动置数0000，让74LS192重新计数。

也就让LED灯重新有规律的闪烁。

5，电路的逻辑控制部分，通过一条总线连接各计数器的清零端，当清零开关（MR）打到高点平可实现各计数位的同时清零。暂停开关（PAUSE）打到低电平可以实现屏蔽输入脉冲进入u1从而可以实现暂停和继续计数的功能从而使彩灯暂停和继续闪烁，使能端（ENABLE）如果打到高电平彩灯正常工作，（ENABLE）打到低电平让彩灯复位，LED灯全亮。

（四）电路调试情况：

实验过程中需要注意的问题如下：

（1）做实验之前要检查电路管脚是否有缺损。

（2）在需要的LED的灯上接入高电平，看是否能点亮来检查LED能否正常工作。（3）调整输入脉冲，从数电实验箱子中提供的脉冲是个可调脉冲，尽量调节在1KHZ。（4）1KHZ赫兹的脉冲经过4次分频后到1HZ后，然后可以看到LED每隔1s换一个灯熄灭。

（5）不使用的管脚应该尽量使其接高点平，从而保证电路的稳定性。

（五）实验结果：

（1）灯的变化周期性得逐个熄灭，彩灯数为八个；

（2）通过计算确定电路参数的参数有：LED灯变化的间隔为1S，一次变化的周期为8S、时钟频率为1HZ；

（3）当清零开关（MR）打到高点平可实现各计数位的同时清零。暂停开关（PAUSE）打到低电平可以实现屏蔽输入脉冲进入u1从而可以实现暂停和继续计时的功能，从而使彩灯暂停/继续工作，使能端（ENABLE）如果打到高电平正常计数，（ENABLE）打到低电平使其全部高电平，LED等全亮实现复位功能。

（六）参考目录：

《实验与课程设计教程》数字电路课程组编合肥工业大学计算机与信息学院《数字电路路基设计》（第二版）王毓银高等教育出版社