数字逻辑设计及应用
课程设计报告
姓 名： 学 号： 选课号： 设计题号：
一．设计题目
彩灯控制器二
二．设计要求
1、有十只LED，L0„L9 2、显示方式
（1）先奇数灯依次灭 （2）再偶数灯依次灭
（3）再由L0到L9依次灭 3、显示间隔0.5s，1s可调
三．设计过程(包括：设计方案、Verilog程序与仿真结果等) (一) 彩灯控制器的组成框图
设计原理：
从课程设计要求来看，要求实现彩灯的23种状态，所以，可以用一个23进制的计数器，从0到22来控制这23种状态。
再画出这23种状态和计数器数字对应的状态图，计算出逻辑式，便可实现彩灯的控制。由于变量过多，逻辑式的化简比较困难，所以我们采用译码器来得到最小项，直接用最小项进行连接。
题目要求实现时间间隔可调，所以使用了555定时器构成的单稳态触发器来实现此功能。 （二）组成部分介绍
1、 555定时器构成的单稳态触发器 电路图：
（1） 电路组成及其工作原理
由555构成的单稳态触发器及工作波形如图所示将555的6号脚和7号脚接在一起，并添加一个电容和一个电阻，就可以构成单稳态触发器我们简记为“七六搭一，上R下C”
.
图1 用555定时器构成的单稳态触发器及工作波形 ① 无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当电路无触发信号时，
v保持高电平，电路工作在稳定状态，及输出端v
1
保持低电平，
555内放电三极管T饱和导通，管脚7“接地”，电容电压②
v
c
为0V。
v下降沿触发
1
当
v下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，v
1
由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。 ③ 暂稳态的维持时间
在暂稳态期间，555内放电三极管T截止，c经R向C充电。其充电回路为c→R
cc→C→地，时间常数t1=RC，电容电压
vv
v
c
由0V开始增大，在电容电压
v
c
上升到阈值电压
2
3
vcc之前，电路将保持暂稳态不变。
v
上升至阈值电压时c
④ 自动返回（暂稳态结束）时间
当
2
3
vcc时，输出电压v由高电压跳变为低电压，555内放电三
极管T由截止转为饱和导通，管脚7“接地”，电容C经放电三极管对地迅速放电，电压
v
c
由
23
，电路由暂稳态重新转入稳态。 vcc迅速降至0V（放电三极管的饱和压降）
⑤ 恢复过程
当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的三极管T放电，时间常数t2=RCESC，式中RCES是T的饱和导通电阻，其阻值非常小，因此t2之值亦非常小。经过（3~5）t2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。
（2）主要参数估算 ①输出脉冲宽度tW
输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间，也就是定时电容的充电时间。由图1（b）所示电容电压
v
的工作波形不难看出c
v
（0）≈0V，c
v
（∞）=c，cc
v
v
（tW）=c
2
3
vcc，代入
RC过渡过程计算公式，可得
上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。 （3）单稳态触发器的应用
① 由两片74161构成的23进制计数器
电路图：
原理：
使用2块74161扩展成为23进制计数器，采用并行进位方式、整体置数。因为计数器需要23种状态（00000—10110），所以，我先用两片74161连接成256（16×16）进制计数器，然后在输出为10110（22）时，用与非门来控制两计数器的LDN端清零。同时清零信号可作为进位信号输出。
② 由两片74154构成的5-32译码器 电路图：
原理：
74LS154只有四位输入代码，所以第五位输入代码只能借用G1′和G2′输入端。将片二的D端接至片一的个D输入端，同时将A,B,C接至片二的A,B,C输入端。将片一的G1′和G2′通过非门接至片二的G1′和G2′输入端。当输入DCBA=00000—01111时便在第一片的M0—M15依次给出高电平输出信号；当DCBA=10000—11111时便在第二片的输出端M16—M31依次给出高电平。 （三）总电路图及原理 电路图：
原理：
由23进制计数器输入一个五位二进制数（00000—10110），输出彩灯所对应的状态（1
由上表可得到各个输出对应输入端的逻辑表达式 L0=M0+M1+M2+M4+M5+M6+M12
L1=M0+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13
L2=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M12+M13+M14
L3=M0+M1+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15
L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M12+M13+M14+M15+M16
L5=M0+M1+M2+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17
L6=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18 L7=M0+M1+M2+M3+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M19
L8=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M20
L9=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M20+M21
由上可知：用或门把译码器和发光二极管连接起来，即可得到发光二极管的控制电路。
四．设计结论(包括：设计结果分析、设计中遇到的问题、设计心得和体会等)
这几周时间虽然很短暂，但从中获益匪浅，首先对数字电路这门课程有了更深的了解，因为课程设计本身要求将以前学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解。数字电路课程设计对我们的总体电路的设计要求很严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计；其次，在电路仿真的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，所以这几周下来，我对电路故障的排查能力有了很大的提高；再次，通过此次课程设计，我对实验所用到的软件有了初步的了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。
感谢学校给我这次机会，锻炼了我的动手能力，通过这次课程设计让我明白了理论和实际操作之间的差距，而且也让我很明确的意识到自己在数电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。
数字逻辑设计及应用
课程设计报告
姓 名： 学 号： 选课号： 设计题号：
一．设计题目
彩灯控制器二
二．设计要求
1、有十只LED，L0„L9 2、显示方式
（1）先奇数灯依次灭 （2）再偶数灯依次灭
（3）再由L0到L9依次灭 3、显示间隔0.5s，1s可调
三．设计过程(包括：设计方案、Verilog程序与仿真结果等) (一) 彩灯控制器的组成框图
设计原理：
从课程设计要求来看，要求实现彩灯的23种状态，所以，可以用一个23进制的计数器，从0到22来控制这23种状态。
再画出这23种状态和计数器数字对应的状态图，计算出逻辑式，便可实现彩灯的控制。由于变量过多，逻辑式的化简比较困难，所以我们采用译码器来得到最小项，直接用最小项进行连接。
题目要求实现时间间隔可调，所以使用了555定时器构成的单稳态触发器来实现此功能。 （二）组成部分介绍
1、 555定时器构成的单稳态触发器 电路图：
（1） 电路组成及其工作原理
由555构成的单稳态触发器及工作波形如图所示将555的6号脚和7号脚接在一起，并添加一个电容和一个电阻，就可以构成单稳态触发器我们简记为“七六搭一，上R下C”
.
图1 用555定时器构成的单稳态触发器及工作波形 ① 无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当电路无触发信号时，
v保持高电平，电路工作在稳定状态，及输出端v
1
保持低电平，
555内放电三极管T饱和导通，管脚7“接地”，电容电压②
v
c
为0V。
v下降沿触发
1
当
v下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，v
1
由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。 ③ 暂稳态的维持时间
在暂稳态期间，555内放电三极管T截止，c经R向C充电。其充电回路为c→R
cc→C→地，时间常数t1=RC，电容电压
vv
v
c
由0V开始增大，在电容电压
v
c
上升到阈值电压
2
3
vcc之前，电路将保持暂稳态不变。
v
上升至阈值电压时c
④ 自动返回（暂稳态结束）时间
当
2
3
vcc时，输出电压v由高电压跳变为低电压，555内放电三
极管T由截止转为饱和导通，管脚7“接地”，电容C经放电三极管对地迅速放电，电压
v
c
由
23
，电路由暂稳态重新转入稳态。 vcc迅速降至0V（放电三极管的饱和压降）
⑤ 恢复过程
当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的三极管T放电，时间常数t2=RCESC，式中RCES是T的饱和导通电阻，其阻值非常小，因此t2之值亦非常小。经过（3~5）t2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。
（2）主要参数估算 ①输出脉冲宽度tW
输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间，也就是定时电容的充电时间。由图1（b）所示电容电压
v
的工作波形不难看出c
v
（0）≈0V，c
v
（∞）=c，cc
v
v
（tW）=c
2
3
vcc，代入
RC过渡过程计算公式，可得
上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。 （3）单稳态触发器的应用
① 由两片74161构成的23进制计数器
电路图：
原理：
使用2块74161扩展成为23进制计数器，采用并行进位方式、整体置数。因为计数器需要23种状态（00000—10110），所以，我先用两片74161连接成256（16×16）进制计数器，然后在输出为10110（22）时，用与非门来控制两计数器的LDN端清零。同时清零信号可作为进位信号输出。
② 由两片74154构成的5-32译码器 电路图：
原理：
74LS154只有四位输入代码，所以第五位输入代码只能借用G1′和G2′输入端。将片二的D端接至片一的个D输入端，同时将A,B,C接至片二的A,B,C输入端。将片一的G1′和G2′通过非门接至片二的G1′和G2′输入端。当输入DCBA=00000—01111时便在第一片的M0—M15依次给出高电平输出信号；当DCBA=10000—11111时便在第二片的输出端M16—M31依次给出高电平。 （三）总电路图及原理 电路图：
原理：
由23进制计数器输入一个五位二进制数（00000—10110），输出彩灯所对应的状态（1
由上表可得到各个输出对应输入端的逻辑表达式 L0=M0+M1+M2+M4+M5+M6+M12
L1=M0+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13
L2=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M12+M13+M14
L3=M0+M1+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15
L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M12+M13+M14+M15+M16
L5=M0+M1+M2+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17
L6=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18 L7=M0+M1+M2+M3+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M19
L8=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M20
L9=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M20+M21
由上可知：用或门把译码器和发光二极管连接起来，即可得到发光二极管的控制电路。
四．设计结论(包括：设计结果分析、设计中遇到的问题、设计心得和体会等)
这几周时间虽然很短暂，但从中获益匪浅，首先对数字电路这门课程有了更深的了解，因为课程设计本身要求将以前学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解。数字电路课程设计对我们的总体电路的设计要求很严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计；其次，在电路仿真的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，所以这几周下来，我对电路故障的排查能力有了很大的提高；再次，通过此次课程设计，我对实验所用到的软件有了初步的了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。
感谢学校给我这次机会，锻炼了我的动手能力，通过这次课程设计让我明白了理论和实际操作之间的差距，而且也让我很明确的意识到自己在数电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。