南昌大学 数字逻辑实验:彩灯控制电路
(本文章免费, 若发现需要vip, 请私信联系)
一、实验目的和任务
实验目的：
学习理解数字逻辑电路中的双向移位 寄存器 74LS194,计数器74193以及D触发器74LS74的综合设计与应用。激发创新能力。
实验任务：
设计一个4路彩灯控制电路，要求按以下方式循环。
方式一：灯依次点亮
0000(初态)→1000→1100→11110→1111，共4秒；
方式二：灯依次熄灭
1111(初态)→1110→1100→1000→0000，共4秒；
方式三：灯全亮1秒，灯全灭1秒，再循环一次，共4秒。
0000(初态)→1111→0000→1111→0000
方式一 → 方式二 → 方式三 → 方式一....每个方式都占4个节拍
二、芯片74LS194、74LS193
74LS194
74LS194是一个双向移位寄存器
D0~D3为并行输入端Q0~Q3为并行输出端SL为左移串行输入端, 在S1S0=10左移状态下生效SR为右移串行输入端, 在S1S0=01右移状态下生效S1和S0为操作模式控制端 CR为清零端,低电平生效,当输入低电平时,输出Q为0CP为时钟脉冲输入端 功能控制信号串行输入并行输入输出S1S0SLSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3保持00Q0Q1Q2Q3右移01xxQ0Q1Q2左移10xQ1Q2Q3x送数11abcdabcd表格的留空处表示: 不关心输入是什么, 他们对输出没有影响
74LS193
74LS193是同步四位二进制可逆计数器, 它具有双时钟输入, 并且有异步清零和异步置数等功能
A~D为并行数据输入端QA~QD为输出端QC-BORROW为借位输出端, QD~QA由0000减1产生负溢出后, 输出信号0, 其他时候输出1QC-CARRY为进位输出端, QD~QA由1111加1溢出时输出信号0,其他时候输出1CP-DOWN为减计数时钟输入端, CP-UP为加计数时钟输入端CLR为异步清零端, 高电平生效, 当输入高电平时输出Q为0LD为异步并行置入控制端, 低电平生效, 当输入低电平时触发送数功能, 将A~B数据转移到Q端 功能LD输入输出(A为低位)ABCDQAQBQCQD送数0abcdabcd计数1CP-UP上升沿加1计数
例如QD QC QB QA = 0101
加1计数后为0110
CP-DOWN上升沿减1计数
例如QD~QA = 0101
减1计数后为0100
三、子 系统设计
①四分频电路
彩灯控制电路每个方式都需要占4个节拍, 所以需要四分频, 将CP方波进行四分
D触发器在CP上升沿触发, 将D端数据转移到Q端
上图在CP上升沿,将Q置为D,而后的一个周期Q端数据不变,直到这个周期结束,CP上升沿再次到来,使Q=D=¬Q,实现Q的翻转, 所以,CP1为每个CP周期翻转一次, 它的周期长度是CP的2倍, 也就是二分频
同理CP2就是4分频了
②194彩灯 控制系统
方式一0000(初态)→1000→1100→1110→1111, QA到QD依次点亮
可以使用右移操作, 每次将QA~QD右移, 使下一个灯点亮
为保持右移后QA不熄灭, 需要将QA置1(SR=1)
1111(初态)→1110→1100→1000→0000, QD到QA依次熄灭
可以使用左移操作, 每次将QA~QD左移, 使下一个灯熄灭
为保持左移后QD不被点亮, 需要将QD置0(SL=0)
0000(初态)→1111→0000→1111→0000, 灯在全亮和全灭间循环
可以在A~D端接入脉冲, 然后使用送数功能, 通过脉冲不断进行置0和置1, 实现全亮和全灭循环
对于A~D端接入的时钟,它应当是CP的二分频, 理由如下:
芯片194在CP上升沿触发, 也就是每过一个CP周期切换一次状态
如果CP的第i个周期上升沿时CP1为x, 需要CP的第i+1个周期上升沿时CP1为¬x, 可以看出每两个CP周期是CP1的一个周期, 所以CP1应该为CP的二分频(如图)
可能相位不同, 但因为周期是2倍, 也不会出错
最后将三种模式组合, 得到彩灯控制系统, 其中的S1S0需要由计数系统控制
③193计数系统
根据彩灯控制系统结论, 要实现方式一→方式二→方式三的循环, 需要控制S1S0的循环
S1S0对应循环为: 01→10→11 每个计数占4个节拍
这是两位二进制计数,所以只需要使用193的4个输出中的两个即可, 令QA对应S0, QB对应S1
即QB QA: 01→10→11
初始时QA置1(接Vcc), QB置0(接地)
然后CP-UP需要接入脉冲源, 每次加1计数
当QBQA=11时, 再加1变成00, 由于00是不需要的, 所以此时需要重置计数.
重置计数:
可以使用LD端的送数功能, 将QA与QB重新赋值,
所以LD可以接入¬QC(LD端低电平生效, QC为1时说明QBQA溢出了),
也可以使用或门LD = QA + QB, 是等效的
对于CP-UP接入的脉冲, 它应该是CP的四分频, 因为每个模式占4个节拍, 计数每加4 切换 一次模式
四、 电路设计
电路由上面的三个子系统构成
四分频电路: 提供需要的脉冲源193计数系统: 控制彩灯模式 (控制S1S0模式信号)194彩灯系统: 接收计数系统的S1 S0模式信号, 控制彩灯的点亮与熄灭
CP → 二分频A、四分频B
四分频B → 193计数器 → 模式信号S1S0
S1S0 → 194移位寄存器 → 彩灯QA~QD
Multisim安装包 - 百度网盘
相关知识
彩灯控制电路设计
实验二 组合逻辑电路设计；实验三 时序逻辑电路设计
5大营销逻辑玩转数字时代
南昌大学工会思想政治引领活动专项
实验六、移位寄存器逻辑功能和设计
探索逻辑之门——利用非门与或非门的组合电路设计实践
数字经济背景下农业产业现代化发展路径探析——基于漓渚镇兰花产业数字化发展的实践与思考
南昌大学招生信息网
中国日报记者的南昌大学印象
花盆土壤湿度控制电路的工作原理
网址: 南昌大学 数字逻辑实验:彩灯控制电路 https://m.huajiangbk.com/newsview2589630.html
| 上一篇: 海南省交通规费征稽局关于2024 |
下一篇: 爱国路深圳市迎春花市罗湖分会场展 |
