数字电路课程设计—多路彩灯控制器的设计.doc

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1、多路彩灯控制器的设计一 课程设计题目（与实习目的）（一）、题目：多路彩灯控制器（二）、实习目的：1进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。2熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。3了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 4培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。5数点课程实验是大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会，增强动手实践的能力。二 任务和要求实现彩灯控制的方法很多，如EPROM编程、RAM编程、单板机、单片机等，都可以组成大型彩灯控制系统。因为本次实习要求设计的彩灯路数较少，且花型变换较为简单，故采用移位寄存器型彩

2、灯控制电路。（1）彩灯控制器设计要求设计一个8路移存型彩灯控制器，基本要求：1. 8路彩灯能演示至少三种花型（花型自拟）；2. 彩灯用发光二极管LED模拟；选做：实现快慢两种节拍的变换。（2）课程设计的总体要求1设计电路实现题目要求；2电路在功能相当的情况下设计越简单越好；3. 注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉；4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。三 总体方案的选择（1）总体方案的设计针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下方案：方案：总体电路共分三大块。第一块实现时钟信号的产生；第二块实现花型控制电路；第三块实现花型演示电路。（由于产生快慢两种节拍只需

3、用74和151两片芯片组成分频电路即可，没有什么意义，所以我就在实际连接电路中没有用分频电路！）主体框图如下： 时钟信号CP产生电路花型控制电路花型演示电路根据所提供的实验器材各模块总体思路如下：时钟信号CP电路：参见高等教育出版社 王淑银主编的数字电路与逻辑设计课本P404图10-3-6（a）;花型控制电路：由两片161 4位二进制同步计数器和一些与非门共同完成；花型演示电路：由两片194 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；（2）总体方案的选择将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。这么设计的出发点是：电路设计模块化，易于检查电路，对

4、后面的电路组装及电路调试都很方便。花型控制电路简单，花型也比较简单。设计确定将电路模块化，通过仿真软件也实现了设计要求。四 单元电路的设计1.设计所使用的元件：74LS161（四位二进制同步计数器） - 2个；74LS194（移位寄存器） - 2个；74LS00（四二输入与非门） - -3个；74LS04（六非门） - 1个；发光二极管-8个；555 - 1个；电容： 4.7f -1个；001f -1个；电阻： 150k - -1个；100 -3个；4.7k -1个；2.各个单元电路（1）花型演示电路 由二片移位寄存器194实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的

5、亮灭实现花型演示。而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出和与非门共同的逻辑组合控制（它们由同一个CP脉冲控制）。四 种花型变换样式花型1：8路灯分两半。从右至左渐亮，全亮后，再分两半从右至左渐灭。循环两次；花型2：从两边到中间对称地逐次渐亮，全亮后仍由两边到中间逐次渐灭。循环两次；花型3：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。循环两次；花型4：从右至左顺次渐亮。全亮后再逐次渐灭。循环一次。将两片194分为低位片1和高位片2，再将其输出端从低位到高位记为L1L8，所以四种花型的L1L8的状态值变化情况如下表：移存器输出状态编码表花型序号花型1花型2花型

6、3花型41000000000000000000000000000000002100010001000000100011000000000013110011001100001100111100000000114111011101110011101111110000001115111111111111111111111111000011116011101110111111011100111000111117001100110011110011000011001111118000100010001100010000001011111119待添加的隐藏文字内容311111111101111111011

7、1111110012111110001311110000141110000015110000001610000000我的设计是前三种花型完整显示两遍，第四种花型显示一遍，所以花型完全显示一遍需要的总结拍数为64，即116显示第一个花型，1732显示第二个花型，3348显示第三个花型,4964显示第四种花型。要用194实现四个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变；两片161级联的输出端从Q0Q7根据变化的花型频率选用高位片的Q5、Q4分别去控制194的S1和S0、SR则由161的另一些输出端经过与非门来进行逻辑控制。列出各花型和其对应的194的S1、

8、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用A表示A的取非)花型低位片高位片S1S0SRSLS1S0SRSL1Q5Q5Q2XQ4Q4Q2X2Q5Q5Q2XQ4Q4XQ23Q5Q5XQ2Q4Q4Q2X4Q5Q5XQ2Q3Q4Q4XQ3控制结果表达式如下：194低位片194高位片S1= Q5S1= Q4S0= Q5S0= Q4SR=Q2SR=Q2SL= (Q5 Q4) Q2+ (Q5 Q4)( Q2Q3)SL=(Q5 Q4) Q2+ (Q5 Q4)Q3电路图如下：（1）时钟信号产生电路:输出时钟信号 接地（2）花型控制信号电路：（3）花型显示电路： 五 总体电路图六 电路组装完成后，实际

9、测量各个单元电路的输入、输出信号波形1 基本CP脉冲产生电路波形图与分频电路波形图2. 测试波形: (列依次为CP脉冲,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D即L1-L8)花型一：花形二：花型三：花型四：七 电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。在组装电路过程中，面包板上经常有一些坏格子，线插不进去，或者有一些芯片插上后又弹出来；在电路组装完成后，由于以上原因，不得不改变布线，才能使整个电路都接触良好。在时钟信号发生电路和161计数部分组装完成后就已经进行了调试，没有问题；到完全组装完成后，加上电源，首先当然是没有一步成功，再次检查时钟信号发生电路，正常；161计数也正常

10、；我开始对每一级与非门和非门进行检查，发现有的与非门一会正常，一会工作又不是“正常的与非功能”？难道是芯片与问题？而非门都正常工作！由于与非门比较多，00芯片的接线比较密集，检查起来有些费力，一时没了头绪。想想后，我又用万用表测试，发现这些00芯片的有些管脚没有接通，而且使劲摁着芯片也没有作用！现在要是拆了重新弄会比较麻烦，我直接从管脚所在的插孔接线出来，效果比较好。这样做完后，很幸运，前三个花型都出来了，而第四个花型好像还有些乱。再仔细对比了仿真图与电路板的线路，突然发现Q2Q3接的不对！接成了Q2Q3,将其改过来后，奇迹发生了，四个花型都完整的显示出来。八 分析和总结。本次课程设计星期一领

11、题，并开始设计画电路图，直到周二下午，发现开始想的两种方案都不是很好，又重新设计，用了一种新的思路，结果很快就完成了，仿真也比较顺利；周三开始组装，周四调试，周五圆满完成。看起来不是很难，但做起来也不是那么容易！通过这次课程设计，我也有不少的收获：（一）、巩固数电知识在设计过程中，要不断的翻阅数电书，查相关的资料，对书上的只是有了进一步的巩固。（二）、学会用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；学会了简单的电路的组装，检查，调试，对遇到的问题如何解决等（三）、理论联系实际这是理论联系实际的很好的途径，把书上学的理论知识真正的应用到实际中去，虽然只是非常简单的电路，但也非常的重要。（四）、和同学共同合作、互相学习、共同进步开始的思路好像有些问题，设计遇到了一些麻烦，经过和同学讨论，发现了自己的误区，相互都有很好的促进。总结通过这次课程设计，巩固了理论知识，很好的把理论和实际联系起来，培养了动手能力，能够系统的去思考整个电路系统，有了这种系统的思想，对以后的学习会有很大的帮助。九 参考文献。 -高等教育出版社 王毓银编