数字电路与逻辑实验报告

课程设计名称：四路彩灯显示系统

一 设计任务与要求

（1） 接通电源后，彩灯可以自动按预先设置的程序循环闪烁。

（2） 设置的彩灯花型由三个节拍组成：

第一节拍：四路彩灯逐次渐亮，灯亮的时间为1s，共用4s；

第二节拍：四路彩灯按逆序渐灭，也需要4s；

第三节拍：四路彩灯同时亮0.5s，然后同时灭0.5s，要进行四次，所需时间也是4s。

三个节拍完成一个循环，一共需要12s。一次循环之后重复进行闪烁。

（3） 彩灯可用发光二极管（LED）模拟。

二 设计的整体思路，工作原理以及系统框图

1整体思路：

四路彩灯即有思路输出，设依次为Qd,Qc,Qb,Qa,若“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，由课题要求可知四路彩灯显示系统要求如下表输显示。表1 四路彩灯输出显示

有表可知，需要一个分频器起节拍产生和控制作用，每4秒一个节拍，3个节拍共12秒后又反复循环。一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器，完成彩灯渐亮，渐灭，同时亮，同时灭等功能。

2工作原理：

根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。前两个节拍由74LS194芯片左移右移功能易于实现，第三个节拍整体送数，利用异步清零将清零端置0达0.5秒即可。

3系统框图：

四路彩灯显示系统方框图：

4单元电路设计及单元电路：

（1）分频器：本实验中对脉冲实现分频可以用74LS161计数器实现分频的电路

（2）循环控制电路：如果摸N计数器的计数序列从最小1到最大数N,那么N+1是多余，也用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端（CR非），将计数器清零。此时工作状态从0001-1100，检测到1101时异步清零。

（3）彩灯花样输出电路：

运用到74LS194功能

5总电路设计电路图：

四路彩灯显示系统的工作过程如表2所示。74161的输出为；74194的输出为；四路彩灯的输出为。74194的工作方式控制端，。在第一节拍中，，74194实现右移功能，即在时钟脉冲作用下，把逐次移进；在第二节拍中，，74194实现左移功能，即在时钟脉冲作用下，把逐次反方向移进。由于前两个节拍中，门G关闭，输出为0，因此四路彩灯的输出。在第三节拍中，，74194仍然左移，一直保持为0000。此时，门G打开，时钟脉冲CP同时加到四个输出端，由于CP是1Hz秒脉冲，在1s时间内高电平和低电平持续时间均为0.5s，因此实现同时亮0.5s、同时灭0.5s，在4s内共进行4次。第三节拍结束后返回第一节拍，如此反复，实现四路彩灯循环显示。

表2 四路彩灯工作过程

注：时钟由第三节拍的1011返回到第一节拍的0000循环进行

三 调试电路的方法和技巧；调试中出现的故障原因及排除方法

调试用到的主要仪器：

示波器，函数信号发生器等。

调试电路的方法和技巧：

先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析室哪个功能模块出现了问题，发现并改正错误，知道符合要求为止。

调试中出现的故障原因及排查方法：

1 彩灯只有一种花样变化，没有其他的花样

可能是移位计数器的s0,s1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。还可能是12进制循环控制计数器没正常工作，检查室否正确接线，芯片是否功能完好。

2 彩灯无规律变化

原因可能是12进制循环控制电路不能产生要求的控制码。检查摸十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA,QB,QC,QD是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与非门74LS20和非门74LS04是否实现它们逻辑功能。

3 彩灯在两次循环中间有段时间不亮

原因可能是控制循环的12进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于12进制，导致有放空时间，应该检查74LS20是否正常工作，确保能实现12进制计数。

四 总结方案的优缺点，提出改进意见和展望，总结设计的收获和体会

虽然做了一天的数字逻辑实验，但是却花费我之前的整整一个星期来准备它，所以当然会觉得自己对本次实验感到信心十足，当完成这次课程设计后，感到很有成就感。第一次真正体会到将所学知识运用到实际中去的乐趣。设计电路最重要的是要思路清晰，要坚持自己的判断，不要在连接线路时出现开小差，这样往往会功亏一篑，当然也要一步一个脚印的走，不要心急，不要急躁，这样你在电路箱上连得电路往往会出错。在实验中，跟我的同伴在连接中出现了一个小插曲：每次打开电源后，电路总是只进行了第一个节拍，第二第三个节拍就中断了，在通过询问指导老师以及在同学的善意提醒之下原来是我们将电路图总的高平输入端在连接中直接安悬空处理了，呵呵，最后我们将那些悬空的输入又重新接在了高电平上后才终于出现了要求的电路。最后成功的一刹那，使我非常欣慰！在这里我要感谢我的指导老师以及实验室中为我们提供及时换取芯片的老师。还有感谢我的合作伙伴，现在想来学校安排我们课程设计有更深的意义吧，它不仅让我们发挥了自己的创新性和实践性，也让我们体会到了团队合作的力量！

五 附录

元器件清单：模十六计数器74LS161,与非门74LS20，非门74LS04，或门74LS32,与门74LS08, 74LS194双向移位寄存器等。

参考文献：

太原理工大学信息工程学院编《数字电路逻辑设计实践教程》；

白静《数字电路与逻辑设计》西安电子科技大学出版社。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/1934e287e53a580216fcfe35.html