数字电路课程设计彩灯控制实验1.doc

数字电路课程设计报告 设计课题题目：彩灯控制电路 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 指导教师： 学 号： 姓 名： 同 组人 ： 题目：彩灯控制电路 设计目的 进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。 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。 熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，掌握集成计数器的工作原理，设计可预置时间的定时电路。画出逻辑电路图，掌握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用进行分析。另外要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。 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“111—101—010—000”。 为此，先可以做出一个模四加法计数器，即循环输出“000—001—010—011”，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 方案一：（1）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： 表 74LS193的功能表 清零 预置 时钟 预置数据输入 输出 RD PL CPU CPD D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 × × × × × × × L L L L 0 0 × × D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 1 ↑ 1 × × × × 加计数 ↑ × × × × 减计数 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。 （2）逻辑转换电路的设计 由于此时电路输出的的逻辑符号为“000—001—010—011”，故要加上逻辑门将其转换成目标逻辑符号“111—101—010—000”。 Q2 Q1 Q0 Q2 ˊ Q1 ˊ Q0 ˊ 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 转换前 转换后 由此逻辑表可得： ˊ= ˊ= ˊ= 于是,可以采用与门来完成逻辑电路的转换。 （3）彩灯控制电路的组成方框图为： （4）彩灯控制电路的仿真电路图为： 方案二：（1）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 R LD ENP ENT CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 × × × × × × × × L L L L 1 0 × × ↑ D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 × × × × × × 保 持 × 0 × × × × × 保 持 ↑ × × × × 计 数 CPU 端输入时，计数器进行累加。这时候将MR接Q2端即可实现“100—101—110—111”的逻辑循环。 （2）逻辑转换电路的设计 由于此时电路输出的的逻辑符号为“000—001—010—011”，故要加上逻辑门将其转换成目标逻辑符号“111—101—010—000”。 转换前 转换后 Q2 Q1 Q0 Q2 ˊ Q1 ˊ Q0 ˊ 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1