數(shù)字電路課程設計—多路彩燈控制器的設計

1、<p>　　多路彩燈控制器的設計</p><p>　　一 課程設計題目（與實習目的）</p><p>　?。ㄒ唬㈩}目：多路彩燈控制器</p><p><b>　?。ǘ嵙暷康模?lt;/b></p><p>　　1．進一步掌握數(shù)字電路課程所學的理論知識。</p><p>　　2．熟悉幾

2、種常用集成數(shù)字芯片的功能和應用，并掌握其工作原理，進一步學會使用其進行電路設計。</p><p>　　3．了解數(shù)字系統(tǒng)設計的基本思想和方法，學會科學分析和解決問題。 </p><p>　　4．培養(yǎng)認真嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和實事求是的工作態(tài)度。</p><p>　　5．數(shù)點課程實驗是大學中為我們提供的唯一一次動手實踐的機會，增強動手實踐的能力。</p><

3、;p><b>　　二 任務和要求</b></p><p>　　實現(xiàn)彩燈控制的方法很多，如EPROM編程、RAM編程、單板機、單片機等，都可以組成大型彩燈控制系統(tǒng)。因為本次實習要求設計的彩燈路數(shù)較少，且花型變換較為簡單，故采用移位寄存器型彩燈控制電路。</p><p>　　（1）彩燈控制器設計要求</p><p>　　設計一個8路移存型彩

4、燈控制器，基本要求：</p><p>　　1. 8路彩燈能演示至少三種花型（花型自擬）；</p><p>　　2. 彩燈用發(fā)光二極管LED模擬；</p><p>　　選做：實現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的變換。</p><p>　?。?）課程設計的總體要求</p><p>　　1．設計電路實現(xiàn)題目要求；</p><

5、;p>　　2．電路在功能相當?shù)那闆r下設計越簡單越好；</p><p>　　3. 注意布線，要直角連接，選最短路徑，不要相互交叉；</p><p>　　4. 注意用電安全，所加電壓不能太高，以免燒壞芯片和面包板。</p><p><b>　　三 總體方案的選擇</b></p><p>　　（1）總體方案的設計<

6、/p><p>　　針對題目設計要求，經(jīng)過分析與思考，擬定以下方案：</p><p>　　方案：總體電路共分三大塊。第一塊實現(xiàn)時鐘信號的產(chǎn)生；第二塊實現(xiàn)花型控制電路；第三塊實現(xiàn)花型演示電路。（由于產(chǎn)生快慢兩種節(jié)拍只需用74和151兩片芯片組成分頻電路即可，沒有什么意義，所以我就在實際連接電路中沒有用分頻電路?。?lt;/p><p><b>　　主體框圖如下： <

7、;/b></p><p>　　根據(jù)所提供的實驗器材各模塊總體思路如下：</p><p>　　時鐘信號CP電路：參見高等教育出版社 王淑銀主編的《數(shù)字電路與邏輯設計》課本P404圖10-3-6（a）;</p><p>　　花型控制電路：由兩片161 4位二進制同步計數(shù)器和一些與非門共同完成；</p><p>　　花型演示電路：由兩片194

8、 雙向移位寄存器完成（可左移右移完成花型變化）；</p><p>　　（2）總體方案的選擇</p><p>　　將整個設計電路的功能模塊化，設計思想比較簡單。元件種類使用少，且都較熟悉易于組裝電路。這么設計的出發(fā)點是：電路設計模塊化，易于檢查電路，對后面的電路組裝及電路調(diào)試都很方便。?；ㄐ涂刂齐娐泛唵?，花型也比較簡單。</p><p>　　設計確定將電路模塊化，通過

9、仿真軟件也實現(xiàn)了設計要求。</p><p><b>　　四 單元電路的設計</b></p><p>　　1.設計所使用的元件：</p><p>　　74LS161（四位二進制同步計數(shù)器） ---------------------------- 2個；</p><p>　　74LS194（移位寄存器） ------

10、----------------------------- 2個；</p><p>　　74LS00（四二輸入與非門） ---------------------------- ------3個；</p><p>　　74LS04（六非門） ------------------------------------------- 1個；</p><p>　　發(fā)

11、光二極管---------------------------------------------------8個；</p><p>　　555 ----------------------------------------------------- 1個；</p><p>　　電容： 4.7μf ---------------------------------------

12、-------1個；</p><p>　　0．01μf -----------------------------------------------1個；</p><p>　　電阻： 150kΩ ------------------------------------------------------------ ---------1個；</p><p>　

13、　100Ω ----------------------------------------------3個；</p><p>　　4.7kΩ ------------------------------------------------1個；</p><p><b>　　2.各個單元電路</b></p><p><b>　?。?/p>

14、1）花型演示電路</b></p><p>　　由二片移位寄存器194實現(xiàn)。其八個輸出信號端連接八個發(fā)光二極管，用其輸出信號控制發(fā)光二級管的亮滅實現(xiàn)花型演示。而花型之間的變化通過花型控制電路的輸出即161級聯(lián)的計數(shù)器輸出和與非門共同的邏輯組合控制（它們由同一個CP脈沖控制）。</p><p><b>　　四 種花型變換樣式</b></p>&l

15、t;p>　　花型1：8路燈分兩半。從右至左漸亮，全亮后，再分兩半從右至左漸滅。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型2：從兩邊到中間對稱地逐次漸亮，全亮后仍由兩邊到中間逐次漸滅。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型3：從中間到兩邊對稱地逐次漸亮，全亮后仍由中間到兩邊逐次漸滅。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型4：從右至左順次漸亮。全亮后再逐次漸滅。循環(huán)一次。&

16、lt;/p><p>　　將兩片194分為低位片1和高位片2，再將其輸出端從低位到高位記為L1~L8，所以四種花型的L1~L8的狀態(tài)值變化情況如下表：</p><p>　　移存器輸出狀態(tài)編碼表</p><p>　　我的設計是前三種花型完整顯示兩遍，第四種花型顯示一遍，所以花型完全顯示一遍需要的總結拍數(shù)為64，即1~16顯示第一個花型，17~32顯示第二個花型，33~48顯

17、示第三個花型,49~64顯示第四種花型。</p><p>　　要用194實現(xiàn)四個花型的連續(xù)顯示必須對兩片194的S1、S0和SL、SR一句節(jié)拍的變化進行相應的改變；兩片161級聯(lián)的輸出端從Q0~Q7根據(jù)變化的花型頻率選用高位片的Q5、Q4分別去控制194的S1和S0、SR則由161的另一些輸出端經(jīng)過與非門來進行邏輯控制。列出各花型和其對應的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號及節(jié)拍控制信號列表如下：(用^A表

18、示A的取非)</p><p>　　控制結果表達式如下：</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　?。?）時鐘信號產(chǎn)生電路:</p><p><b>　　輸出時鐘信號</b></p><p><b>　　接地</b></p

19、><p>　　（2）花型控制信號電路：</p><p>　?。?）花型顯示電路：</p><p><b>　　五 總體電路圖</b></p><p>　　六 電路組裝完成后，實際測量各個單元電路的輸入、輸出信號波形</p><p>　　基本CP脈沖產(chǎn)生電路波形圖與分頻電路波形圖</p>

20、<p>　　2. 測試波形: (列依次為CP脈沖,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D即L1---L8)</p><p><b>　　花型一：</b></p><p><b>　　花形二：</b></p><p><b>　　花型三：</b></p><

21、p><b>　　花型四：</b></p><p>　　七 電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決的方法。</p><p>　　在組裝電路過程中，面包板上經(jīng)常有一些壞格子，線插不進去，或者有一些芯片插上后又彈出來；在電路組裝完成后，由于以上原因，不得不改變布線，才能使整個電路都接觸良好。</p><p>　　在時鐘信號發(fā)生電路和161計數(shù)部分

22、組裝完成后就已經(jīng)進行了調(diào)試，沒有問題；到完全組裝完成后，加上電源，首先當然是沒有一步成功，再次檢查時鐘信號發(fā)生電路，正常；161計數(shù)也正常；我開始對每一級與非門和非門進行檢查，發(fā)現(xiàn)有的與非門一會正常，一會工作又不是“正常的與非功能”？難道是芯片與問題？而非門都正常工作！由于與非門比較多，00芯片的接線比較密集，檢查起來有些費力，一時沒了頭緒。想想后，我又用萬用表測試，發(fā)現(xiàn)這些00芯片的有些管腳沒有接通，而且使勁摁著芯片也沒有作用！現(xiàn)在要

23、是拆了重新弄會比較麻煩，我直接從管腳所在的插孔接線出來，效果比較好。這樣做完后，很幸運，前三個花型都出來了，而第四個花型好像還有些亂。再仔細對比了仿真圖與電路板的線路，突然發(fā)現(xiàn)Q2Q3接的不對！接成了Q2Q3,將其改過來后，奇跡發(fā)生了，四個花型都完整的顯示出來。</p><p><b>　　八 分析和總結。</b></p><p>　　本次課程設計星期一領題，并開始設

24、計畫電路圖，直到周二下午，發(fā)現(xiàn)開始想的兩種方案都不是很好，又重新設計，用了一種新的思路，結果很快就完成了，仿真也比較順利；周三開始組裝，周四調(diào)試，周五圓滿完成?？雌饋聿皇呛茈y，但做起來也不是那么容易！通過這次課程設計，我也有不少的收獲：</p><p>　?。ㄒ唬㈧柟虜?shù)電知識</p><p>　　在設計過程中，要不斷的翻閱數(shù)電書，查相關的資料，對書上的只是有了進一步的鞏固。</p&

25、gt;<p>　?。ǘW會用電路板、芯片、導線等組裝各種功能的電路；</p><p>　　學會了簡單的電路的組裝，檢查，調(diào)試，對遇到的問題如何解決等</p><p>　?。ㄈ?、理論聯(lián)系實際</p><p>　　這是理論聯(lián)系實際的很好的途徑，把書上學的理論知識真正的應用到實際中去，雖然只是非常簡單的電路，但也非常的重要。</p>&l

26、t;p>　?。ㄋ模?、和同學共同合作、互相學習、共同進步</p><p>　　開始的思路好像有些問題，設計遇到了一些麻煩，經(jīng)過和同學討論，發(fā)現(xiàn)了自己的誤區(qū)，相互都有很好的促進。</p><p><b>　　總結</b></p><p>　　通過這次課程設計，鞏固了理論知識，很好的把理論和實際聯(lián)系起來，培養(yǎng)了動手能力，能夠系統(tǒng)的去思考整個電路