1、彩燈控制器的設計一、設計任務與要求1、以半導體數碼管作為控制器的顯示器，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、&7、0、1 （音樂符號數列），然后又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。2打開電源時，控制器可自動清零，從接通電源時刻起，數碼管最先顯示出自然數 列的0,再顯示出1，然后按上述規律變化。二、方案設計與論證設計要求總的電路能夠實現以此輸出自然數列、奇數數列、偶數數列和音樂數列，而且還要求 能夠實現上述順序的循環，總電

2、路主要可以分成三個部分。第一部分就是自然、奇數、偶數和音樂四個數列電路。這里使用的只要就是計數器，計數器在 時序電路中應用的很廣泛，它不僅可以用于對脈沖進行計數，還可用于分頻，定 時，產生節拍脈沖以 及其他時序信號。運用計數器的不同的功能和不同的接發就可以實現不同的序列輸出了。第二部分是將上述四個獨立的數列電路通過或門將計數器的輸出端通過一定方式連接整合成一 個大的計數電路，即只用一片數碼管就能實現上述四個數列電路的顯示輸出。最后還有一個部分就是循環電路。設計內容要求按照先自然序列然后到奇數序列再到偶數序列 最后是音樂序列這樣的順序周而復始的循環。為了實現這個循環輸出的功能，可以用移位寄存器或

3、者 是譯碼器的輸出端來控制四個數列電路控制四個計數器的工作情況，可以讓四個計數器依次工作，就 可以達到要求的依次循環輸出數列。方案一、利用移位寄存器來實現循環電路電路圖如下圖1用74LS194實現的循環電路這個電路圖實現循環主要是依靠74LS194的移位功能來完成的。先讓開尖SW1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,再將開尖SW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1000. 0100- 0010 -0001，這樣依次循環了。然后四個輸出端用來控制

4、計數器的信號控制端就可以控制序列輸出了。循環電路的設計采用74LS194移位寄存器，通過74LS194移位寄存器的四個輸出端子分別 控制四個 計數器工作，74LS194的功能表和原理圖分別如下表和圖所示。輸入輸出清零CLR控制信號串行輸入時鐘CLK工作狀態S1so右移左移0XXXXX0100XXX保持1010(1)X右移110X0(1)左移111XX置數要讓四個數列依次循環則采用一個2線-4線譯碼器和一個四進制計數器。用譯碼器的輸出依次去控 制芯片清零端，在通過一個四進制計數器去控制譯碼器輸入，使其在四個輸出間不斷循環，而計數器 的時鐘脈沖則可通過每個芯片的進位端經過一四輸入或門輸出來控制。這

5、個部分主要用到的是芯片 74HC390計數器和74HC139譯碼管，它們的功能表如下表 所示。表2 74HC390的功能表輸入輸出RoiRo2S91S92CPaCPbQdQcQbQa110XXX000011X0XX0000011XX1001011XX1001Roi Ro2=OS91 S92=0CP0二進制計數0CP五進制計數CPQa8421碼十進制計數QdCP5421碼十進制計數表3 74HC139的功能表輸入輸出GBA丫 3丫 2YiYo1XX111100011100011101010101 d10110111三單元電路設計與參數計算1自然序列由于74HC160本身就是一個十進制計數的芯片，

6、因此對于這個部分就只需按照其功能表來接電路就可以實現十進制自然序列輸出了。在脈沖信號的觸發下，計數器的輸出端的狀態依次為 000n 0001-0010 0011-0100- 0101-0110 0111 10001001，然后再將計數器的輸出端和數碼管的輸入端口相接就可以在數碼管上面看到依次顯示從0到9 了。其序列顯示電路圖如下圖2、奇數序列將奇數 1, 3, 5, 7, 9 用 8421 BCD 碼分別表示為：“0001”，“ 001T，“ 0101M，“ 011T，“ 100T，可以發現最后一位都為1，因此可以在上述十進制自然序列的基礎上將數碼管的最低位接高電平就可以實現奇數序列了。雖然在

7、每個脈沖觸發的作用下，芯片實現的仍然是十進制，但是由于數碼管最低位接高電平，在數碼管顯示的則是奇數列3、偶數序列將偶數 0,2,4, 6, 8 用 8421 BCD 碼分別表示為 “0000”“0010”“0100”，“0110”，,可以發現最后一位都為0,因此可以在上述十進制自然序列的基礎上將數碼管的最低位 接低電平就可以實現偶數序列了。雖然在每個脈沖觸發的作用下，芯片實現的仍然是十進制，但是由于數碼管最低位接高電平，在數碼管顯示的則是偶數列。4、音樂序列音樂序列的特點是從o顯示到7后又再變為0,這里可以將數碼管的最高位固定接低電平就可以實現了。因為74LS160的輸出端只有三個與數碼管相接

8、，當74LS160的輸出為“1000”和“1001時，這時由于數碼管最高位是固定接低電平的，也就是數碼管的輸入端仍是“ 0000”，“000。這樣數碼管的顯示就又變成0和1 了。四、總電路工作原理及元器件清單1 總原理圖2電路完整工作過程描述（總體工作原理）電路圖中四個74LS160的輸出端口分別與四個與門相接，然后再將四個門電路的輸出端分別與數碼管的輸入端相接。其中產生自然數列和音樂數列的脈沖信號的頻率是產生奇數序列和偶數序列的脈沖信號的頻率是 2倍，這是因為為了實現數字顯示時間間隔相等的要求，這里利用二分頻器很好地實現了這一功能。當打開電路的開尖后，首先就是輸出自然序列，這時是 U1先工作

9、，它的清零端接的是“1“，這時就是它處在計數的操作，然后輸出通過與或門相接再接至數碼管的輸入端，就可以依次顯示從0到9,當U1的輸出要從9變到0的瞬間，它的進位端的狀態是” ，然后通過一個 或門接至74HC390的脈沖輸入端，這時從“ 0”變至“ T，恰好有一個脈沖，就可以通過譯碼器 使U4開始工作即開始計數，它從9變至1時，又通過進位端給74HC39C 一個脈沖，然后就通過譯 碼器又使U8幵始工作，它從0變至8,當它從8變至0時，它的進位 端又變至“，就又可以給 74HC390個脈沖信號，最后就通過譯碼器控制U9的工作，輸出音樂數列。如此周而復始的這樣循 環，就可以實現我們需要的功能了3元件

10、清單元件序號型D主要參數數量備注U1-U474160Q0Q1Q2Q3CLK4計數器U574LS113J KQ1觸發器U67448ABCD1數碼管U874LS139Y0Y1Y2Y31譯碼器U774LS390Q0Q1Q2Q31計數器U97404Y4非門U1A-U2B4072Y5或門CLOCK1脈沖五7方真調試與分析六結論與心得這次的課程設計是一次難得的鍛煉機會，讓我們能夠充分利用所學過的理論知識還有自己的想象 的能力，另外還讓我們學習查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設計電路的能力。我相信是對 我的一個很好的提高。平時在學習理論知識的時候，根本就沒有想到我所學的這些東西有什么用它們 可以做成什

11、么，只是一味利用它們來解決課后的習題，沒有想其他的用途。這次的課程設計讓我懂得 了它們在實際中的用途，還有我們身邊的很多電路，例如頻率計、交通燈、數字鐘這些都是我們 自己可以實現的，突然感覺自己學的東西很有用，我相信這樣就可以激發我以后的學習興趣，這樣有 利用今后更好地學習。通過這次課程設計，我還更加深了理論知識的學習。這次的設計電路我用到了計數器 還有譯碼 器，通過自己分析和設計更好地運用了它們，而且還學會了它們更多的功能，發 現它們的功能遠比功 能表里面說的多很多，可以利用不同的接法設計出各種各樣不同的電路出來。另外在分析比較設計循 環電路的環節中，我還考慮過利用移位寄存器來設計循環，可是發現移位寄存器的脈沖不好控制。不 過我還是學會了移位寄存器的很多功能，以及通 過查閱資料也知道了它的很多種典型的電路。最后一 個知識點就是利用555定時器來設計多諧振蕩器，我采用的電路就是課本里介紹的典型電路，通過這個電路也讓我了解了555定時器的功能，還有一個就是利用JK觸發器來實現分頻的功能。這些都是我這次設計所用到的知識 點，通過這次的設計我鞏固了對這些理論性的知識的理解。最后我覺得我自己也學到了一些方法，比如中我了一般設計時序電路的主要步驟，還 有如何利用 PROTUESMULTISIM等學習軟件，方面以后的學習很仿真。而且我很贊同學校這種利用課程設計來 考驗我