数字逻辑课程设计
——流水灯的设计
1问题概述：
设计一个可以循环移动的流水灯，灯总数为8盏，具体要求如下：
1、5亮，其余灭，右移三次后全灭
4、8亮，其余灭，左移三次后全灭
4、5亮，其余灭，各向两边移三次后全灭
1、8亮，其余灭，各向中间移三次后全灭
所要求的彩灯电路在某电路板上完成，该电路板能够提供48MHz标准时钟信号，附带有8个共阳的LED管可作为彩灯使用。

2问题分析
本装置可以看作一个具有20个状态的无输入、8个输出的Moore型时钟同步状态机，每一个状态对应依次出现的每一种亮灯情况，用5位状态编码表示。

这里构造一个模20的计数器来循环产生这20种状态。

同时对于输入的48MHz的标准时钟信号，需要将其转化为1HZ的信号，此处同样用计数器来实现分频功能。

8个输出分别控制LED的发光情况。

这里使用5-32的译码器实现输出函数的构造。

电路框图如下：
这里使用一个5位的状态编码Q4Q3Q2Q1Q0，表示20个状态。

8位的输出函数F7F6F5F4F3F2F1F0分别表示由左至右每一个灯的通断情况。

由于本题中LED灯采用共阳极连接方式，所以当Fn为低电平时，对应的LED灯发光。

本电路状态图如下：
本电路的转移/输出表如下：
现针对每一部分设计具体电路
3设计方案
3.11/48MHz分频电路
对于48MHz的信号，一秒钟内有4.8*10^7个周期，而所需1Hz信号，每秒只有一个周期。

使输入信号每经过2.4*10^7个周期，输出信号翻转一次方向，便可获得所需的1Hz信号。

可以构造一个模4.8*10^7的计数器用于计数，并使计数器输出的最高位在一秒之内恰好变化一次，且占空比为50%，故采用7片74x163进行级联。

计数范围为：0110 1001 0001
1100 1010 0000 0000-1001 0110 1110 0011 0101 1111 1111。

这样恰好可以保证最高位输出的信号为1Hz 。

这里采用置位法，电路如下。

3.2 模20计数器。

此处用一个74x163和一个T 触发器来构造模20计数器。

由于没有T 触发器，故用一个JK 触发器74x112代替。

20个状态编码分别为00000~01001,10000~11001。

其中最高位有T 触发器输出，其余4位由74x163输出，74x163设为每计数10次则清零，同时触发T 触发器翻转。

电路图如下所示：
3.3 译码电路
对于由计数器产生的20个状态编码，构造一个5-32译码器，产生最小项，控制灯的开关。

此时可以用5块74x138级联成5-32译码器，根据转移输出表为每一个F 构建对应的最小项组合。

由于译码器的输出是低电平有效，所以当输出通过与非门后，还需要反向后，才能正确驱动共阳极LED 管。

电路如图所示：
CLK
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4
将三部分电路级联，便可获得所需电路。

如图所示Q0
Q1 Q2 Q3 Q4。