课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 彩灯循环显示控制电路设计初始条件：74LS160计数器、74HC390计数器、74HC139译码管、脉冲发生器、数码管和必要的门电路，可以选用其他的计数器和集成电路，但必须给出原理说明要求完成的主要任务:以LED数码管作为控制器的显示元件，它能自动地依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列......如此周而复始，不断循环。
设计要求①打开电源时，控制器可自动清零。
②每个数字的一次显示时间基本相等，这个时间在0.5s到2s范围内连续可调。
③确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。
④用EWB软件或者multisim软件或者Quartus软件完成仿真。
指导教师签名： 2008 年 6月 2日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)1主要任务 (2)2技术要求 (2)3基本组成方框图 (2)4设计方案 (3)4.1数列循环部分 (3)4.2数列显示部分 (7)4.3脉冲信号的产生 (8)4.4方案的确定 (9)5单元电路的设计及其原理 (9)5.1数列循环电路的设计 (9)5.2序列显示电路的设计 (10)5.2.1十进制自然序列的显示电路 (10)5.2.2奇数序列显示电路 (11)5.2.3偶数序列显示电路 (11)5.2.4音乐序列显示电路 (12)5.3脉冲产生电路的设计 (13)5.4二分频电路的设计 (14)5.5总电路图的设计 (14)6仿真结果 (16)6.1脉冲产生电路的仿真 (16)6.2二分频电路的仿真 (17)7测试结果分析 (18)8体会与心得 (19)9元件清单 (20)10参考文献 (21)摘要这次的课程设计主要是用计数器来实现的，这个彩灯循环控制电路的实质就是要产生一系列有规律的数列，然后通过一个七段数码管显示出来。
这里使用的只要就是计数器，计数器在时序电路中应用的很广泛，它不仅可以用于对脉冲进行计数，还可用于分频，定时，产生节拍脉冲以及其他时序信号。
运用计数器的不同的功能和不同的接发就可以实现不同的序列输出了。
而这次的内容还包括分电路图的整合，使这个彩灯循环显示器能够按照要求那个依次输出自然序列，奇数序列，偶数序列还有音乐序列。
为了实现这个循环输出的功能，在设计的时候还用到了一个以为寄存器，可以利用它的输出端来控制四个计数器的工作情况，可以让四个计数器依次工作，就可以达到要求的依次循环输出数列。
最后还有一个部分就是脉冲的产生基于多谐振荡器可以产生方波，就可以利用它来产生脉冲信号了。
而这个多谐振荡器采用的是555定时器来完成的。
这个设计基本上就是由以上三个部分连接在一起组成的。
彩灯循环显示控制电路设计1主要任务以LED数码管作为控制器的显示元件，它能自动地依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数序列，音乐符号序列......如此周而复始，不断循环。
2技术要求①打开电源时，控制器可自动清零。
②每个数字的一次显示时间基本相等，这个时间在0.5s到2s范围内连续可调。
3基本组成方框图图1 基本方框图4设计方案4.1数列循环部分方案一设计数列的循环有很多种方法，这个方案就是利用移位寄存器将串行数据右移和左移的特点来设计的。
电路图如图2图2 用74LS940构成的循环电路原理图这个电路图实现循环主要是依靠74LS194的移位功能来完成的。
先让开关J1拨至与电源相接，就是接入高电平，这样移位寄存器有了脉冲信号之后就可以实现置数的功能，四个输出端为1000，再将开关J1拨至与地相接也就是接入低电平，这时寄存器就可以实现移位的操作了，然后通过脉冲信号的触发下，寄存器的输出就可以从1000→0100→0010→0001，这样依次循环了。
然后四个输出端用来控制计数器的信号控制端就可以控制序列输出了。
循环电路的设计采用74LS194移位寄存器，通过74LS194移位寄存器的四个输出端子分别控制四个计数器工作，74LS194的功能表如表1，引脚图如图3表1 74LS194的功能表图3 74LS194的引脚图方案二要让四个数列依次循环则采用一个2线--4线译码器和一个四进制计数器。
用译码器的输出依次去控制芯片清零端，在通过一个四进制计数器去控制译码器输入，使其在四个输出间不断循环，而计数器的时钟脉冲则可通过每个芯片的进位端经过一四输入或门输出来控制。
其电路图如图4图4用译码器实现的循环电路这个部分主要用到的是芯片74HC390计数器和74HC139译码管，它们的功能表和引脚图分别如下图和表所示。
表2 74HC390的功能表表3 74HC139的功能表图5 74HC390的引脚图图6 74HC139的引脚图这两种方案都可以实现数列的循环，第一种方案需要拨动开关，而第二种就不需要可以自动依次产生数列。
另外第一种开关使其依次产生序列还需要一个脉冲控制，而在设计总体的电路的时候四个计数器也需要有脉冲信号的触发，这样的话就要多设计一个方波脉冲的产生电路，另外还要与计数器的脉冲信号匹配，因为74LS194的移位是要一个计数器的全部数列产生完后才下一个脉冲，这样不是很好与计数器的脉冲频率想匹配。
但是第二个方案就很好的解决了这个问题，这个方案的数列循环部分就是依靠芯片74HC390和74HC139也就是一个计数器还有一个译码器来实现的。
74HC390的脉冲信号是由计数器的进位端来控制的，这样就很好解决了方案一的问题，只有当一个计数器的全部数列输出完了之后才会有脉冲信号过来触发74HC390让它进入下一个状态，这样就是由电路自己控制的，不会产生方案一的问题。
4.2数列显示部分这个部分是利用74LS160D 计数器来实现的。
根据数列不同的特点来连接电路的。
电路图如图7（以自然序列为例）图7 数列显示电路原理图其中主要使用的是74LS160D 来实现的，其功能表以及引脚图如下图所示。
图8 74HC160的引脚图DCD_HEX表4 74HC1604.3脉冲信号的产生产生信号脉冲的方法很多，这里我在设计的时候选用的是用多谐振荡器，它是一种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常做为脉冲信号源。
由于不用接输入信号就可以产生所需要的矩形波，所以在设计的时候就选用这个方案。
而选用的电路是用555定时器构成的，因为555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用它组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小，这样使产生的矩形波更稳定。
电路图如图10图10 脉冲信号产生电路图4.4方案的确定在数列循环的部分我采用的是用一个四进制计数器和一个译码器来实现的，这样避免了脉冲的混乱。
在数列显示部分用的是芯片74LS160的计数器的计数功能实现的。
在脉冲信号产生的环节则就是采用555定时器构成的多谐振荡器。
5单元电路的设计及其原理5.1数列循环电路的设计在这个部分主要是应用了一个四进制的计数器和一个译码器，这个部分的作用是为了使自然序列，奇数序列，偶数序列，音乐序列的循环显示。
其中四个74LS160计数器的进位端与74HC390的CPA相接，这样就可以通过进位端状态由0变为1的瞬间给它一个脉冲触发，而另一个脉冲端则是与其输出端QA相接的，这样的接法是为了使74HC390实现8421BCD码十进制计数的功能。
然后再让74HC390的输出端QA，QB分别与译码器74HC194相接，这样可以用译码器来控制计数器的动作状态，它可以决定由哪个74LS160计数器来为0，接一个反相器然后工作。
当QA,QB为“0”，“0”时，这时译码器的输出端就只有Y再接产生自然序列的计数器的清零端;这样就可以实现只有自然序列输出的功能，同理当为0，接一个反相器然后再接产生QA,QB为“0”,“1”时，这是译码器的输出端就只有Y1奇数序列的计数器的清零端，这样就可以实现只有奇数序列输出的功能; 当QA,QB为“1”,为0，接一个反相器然后再接产生偶数序列的计数“0”时，这是译码器的输出端就只有Y2器的清零端，这样就可以实现只有偶数序列输出的功能; 当QA,QB为“1”,“1”时，这是译码器的输出端就只有Y为0，接一个反相器然后再接产生音乐序列的计数器的清零端，3这样就可以实现只有音乐序列输出的功能。
其产生序列的功能就是这样实现的。
其电路图如图11图11 用译码器实现的循环电路5.2序列显示电路的设计5.2.1十进制自然序列的显示电路由于74HC160本身就是一个十进制计数的芯片，因此对于这个部分就只需按照其功能表来接电路就可以实现十进制自然序列输出了。
在脉冲信号的触发下，计数器的输出端的状态依次为0000→0001→0010→0011→0100→0101→0110→0111→1000→1001，然后再将计数器的输出端和数码管的输入端口相接就可以在数码管上面看到依次显示从0到9了。
其序列显示电路图如图12图12自然数列的现实电路图DCD_HEX5.2.2奇数序列显示电路将奇数1，3，5，7，9用8421BCD码分别表示为：“0001”，“0011”，“0101”，“0111”，“1001”，可以发现最后一位都为1，因此可以在上述十进制自然序列的基础上将数码管的最低位接高电平就可以实现奇数序列了。
虽然在每个脉冲触发的作用下，芯片实现的仍然是十进制，但是由于数码管最低位接高电平，在数码管显示的则是奇数列，但是显示的时间间隔是正常自然序列的2倍，为了实现相邻显示时间间隔相等，我们可以利用二分频电路解决上述问题。
其序列显示电路图如图13DCD_HEX_DIG_GREEN图13奇数序列的现实电路图5.2.3偶数序列显示电路将偶数0，2，4，6，8用8421BCD码分别表示为“0000”，“0010”，“0100”,“0110”,“1000”,可以发现最后一位都为0，因此可以在上述十进制自然序列的基础上将数码管的最低位接低电平就可以实现偶数序列了。
虽然在每个脉冲触发的作用下，芯片实现的仍然是十进制，但是由于数码管最低位接高电平，在数码管显示的则是偶数列，但是显示的时间间隔是正常自然序列的2倍，为了实现相邻显示时间间隔相等，我们可以利用二分频电路解决上述问题。
其序列显示电路图如图14图14偶数序列的现实电路图5.2.4音乐序列显示电路音乐序列的特点是从0显示到7后又再变为0，这里可以将数码管的最高位固定接低电平就可以实现了。