数字电子技术课程设计多路彩灯控制器.doc

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1、湖南工程学院 课程设计任务书课程名称: 数 字 电 子 技 术题 目: 多 路 彩 灯 控 制 器 专业班级: 自动化 0902 学生姓名: 指导老师: 审 批:任务书下达日期 2011年11月21日星期一设计完成日期 2011年12月02日星期五设计内容与设计要求一 设计内容：用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，要求如下：1、 开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。2、 程序由三个节拍组成：第一节拍时，四路输出Q1Q4依次为1，使第一路彩灯先点亮，接着第二，第三，第四路彩灯点亮。第二节拍时，Q4Q1依次为0，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。第三节拍

2、时，Q1Q4输出同时为1态1秒，然后同时为0态1秒，使四路彩灯同时点亮1秒然后同时灭1秒，共进行2次。三个节拍共12秒。3、 用发光二极管显示彩灯系统的各节拍；4、 功能扩展（自选）二、设计要求：1、思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3、写出设计报告；主要设计条件1 提供调试用实验室；2 提供调试用实验箱和电路所需元件及芯片；进度安排 第一周：星期一 上午 布置任务、讲解 星期一 下午-星期四下午 查资料进行设计 星期五 领元件 实验楼四楼电子实习实验室） 第二周：星期一 下午-星期四下午 调试电路 星期五 答辩 参考文献数字电子技术基础 周良权编

3、电子技术课程设计指导 彭介华编电子技术基础实验 陈大钦编 目 录第1章 系统总体设计1.1 设计总体思路及基本原理51.2 系统设计框图71.3 系统总电路图8第2章 单元电路设计92.1 分频电路92.2 计数电路92.3 输出电路102.4 移位寄存器功能表10第3章 安装、调试步骤第4章 故障分析与电路改进第5章 总结与体会附 录元器件清单参 考 文 献 第1章 系统总体设计1.1设计总体思路及基本原理本课程设计的主要任务是设计多路彩灯控制器电路.该电路要求开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。程序由三个节拍组成：第一节拍时，四路输出Q1Q4依次为1，使第一路彩灯先点亮，接

4、着第二，第三，第四路彩灯点亮。第二节拍时，Q4Q1依次为0，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。第三节拍时，Q1Q4输出同时为1态1秒，然后同时为0态1秒，使四路彩灯同时点亮1秒然后同时灭1秒，共进行2次。三个节拍共12秒。并且要求用发光二极管显示彩灯系统的各节拍。它主要由位移寄存器、二进制计数器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中位移寄存器和二进制计数器的标准时钟信号源，第一个二进制计数器U3将秒脉冲信号二分频输出周期为两秒的信号，第二个二进制计数器U3将秒脉冲信号四分频输出周期为四秒的信号。S0=1,S1=0时经驱动电路后驱动信号彩灯由左向右移依次点亮，S0=

5、0,S1=1时经驱动电路后驱动信号彩灯由右向左移依次熄灭，S0=1,S1=1时二进制计数器实现计数，这时由U5控制从位移寄存器Q0Q3输入脉冲信号，经驱动电路后驱动信号彩灯实现全亮和全灭各两次。二进制计数器是系统的主要部分，它控制位移寄存器的工作，主要由组合逻辑电路组成。计数器部分，由于秒脉冲开始给的脉冲周期时间都是一秒，故需要用计数器进行分频，这里选用74LS161作为分频芯片。74LS161芯片是二进制同步计数器，具有同步计数和异步清零的功能。由时序图可以看出，若计数器脉冲为f,则Q0,Q1,Q2,Q3端输出脉冲的频率将依次为1/2f,1/4f,1/8f,1/16(针对计数器这种分频功能，

6、也将它称为分频器)。当RD=0时所有触发器将同时被置零，而且指令操作不受其他输入状态影响。对于U3，从Q1输出信号，此时原来的信号被二分频，对于U1，信号从Q0,Q1输出，信号再次被二分频和四分频（即四秒和八秒之间相差四秒），在经过U7（非门74SL00）,U9（或门74SL32）控制S0,S1(使其分别为SO=0,S1=1;S0=1,S1=0;S0=1,S1=1;且分别维持四个秒脉冲)。当SO=1,S1=0时74SL194为右移工作状态，通过输入秒脉冲四个灯一次点亮，且维持四秒；当SO=0,S1=1时74SL194为左移工作状态，通过输入秒脉冲四个灯一次熄灭，且维持四秒；当SO=1,S1=1

7、时74SL194为并行输入工作状态，通过输入秒脉冲四个灯实现全亮全灭，且维持四秒； 实现这些功能要用到的元器件包括移位用的74LS194和一些逻辑门。由于要计数四个状态，应选二进制计数器，这里选用74LS161。1.2系统设计框图秒脉冲分频器（二分频）逻辑组合电路分频器（四、八分频）逻辑组合电路移位寄存器计数器逻辑组合电路LED 彩 灯 显 示图1.2 系统设计框图1.3系统总电路图 图1.3 系统总电路图 第2章 单元电路设计2. 1分频电路用两个74SL161芯片让原脉冲信号实现分频(接线图如下)：2.2计数电路 计数电路实现全亮和全灭(接线图如下)： 2.3输出电路通过逻辑组合电路实现第

8、一节拍时，四路输出Q1Q4依次为1，使第一路彩灯先点亮，接着第二，第三，第四路彩灯点亮。第二节拍时，Q4Q1依次为0，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。第三节拍时，Q1Q4输出同时为1态1秒，然后同时为0态1秒，使四路彩灯同时点亮1秒然后同时灭1秒，共进行2次。三个节拍共12秒。并且要求用发光二极管显示彩灯系统的各节拍（接线如下）： 图2.3 输出电路2.4移位寄存器功能表RDS1S0工作状态0XX置零100保持101左移110右移111并行输入 第3章 安装、调试步骤第一，要对领取的元器件、导线、面包板、试验箱进行仔细的观察，熟悉面包板的构造，熟悉箱子上的各种模块的功能，比如

9、电源线、地线从哪里引出，脉冲信号在哪里，静态LED显示如何接线等都需弄明白，还要检查上述各个模块有无损坏，损坏的地方需标记以便以后连线时能提醒自己。第二，对所有的导线进行检测，剔除坏了的导线。对元件安装的位置进行编排，尽量使其合理化。再对元器件的好坏进行检测，元器件的好坏直接关系到调试是否成功。与同组成员进行了分工，一个一个的检测。检测元器件时要灵活，才能提高效率。对于其他芯片如与门、与非门、或门、非门等检测时更要加倍小心，必须检测在各种输入状态下的输出情况，才能保证检测的可靠性，不然会对后面的安装造成很大的干扰。若检测到坏件需与好的分开，并分别标记清楚。第三，检测完元器件后开始安装芯片及连线

10、，要按照先小模块、后大模块再整体的原则进行安装调试。首先安装调试分频电路，用两块74LS161（U3,U1）芯片加一块74SL00（U8）级联的方式组成，从74SL161(U3)脉冲接口输入脉冲，由Q1口输出实现二分频，接入74SL00以保证接下一个74SL161时为低电平输入，由U1的Q0,Q1接口输出实现四分频和八分频 ，再接入74SL04和74SL32实现对S1,S0的控制。然后接74SL194和LED灯管，同时从非门U7和或门U9接出来接入一个与非门接入74SL00(U4) 再接入U1的LOAD实现置数。再接一个74SL161作为计数器实现全灭和全亮，最后完善并检查。 第四，确保电路可

11、以正确的实现所有的功能后，找老师检查验收，之后就可以拆除芯片与导线了。整理好后再归还。第4章 故障分析与电路改进故障总是会出现的，不管仿真的有多么理想，不进行实践就不知道什么地方会出现错误。在本次安装调试过程中出现了一些问题，导致电路不能顺利的实现其功能。主要的问题是线的插孔不能连接得很稳定，很容易就掉出来，在接其他的线的时候就很容易把其他的线弄出来，为了把扯出的线插回原处，又要检查一遍电路，花费了很多时间。最后好不容易接好后，电路又不太稳定，原因是接口松动了。将接口都固定之后，电路稳定了却又出现了新的问题，原来在仿真的时候低电平都可以悬空，但在接线的时候接地的都必须接地，只好又再找清楚每个元

12、器件的用法，那些该接地，哪些是输出不要用的可以悬空。经过几遍的反复接线、拆线，终于成功的看到LED灯在我希望的进制下循环跳动了，虽然不是很理想，不过还是很令人满意的。只是扩展功能还是没能做出来，有点遗憾，通过实习我发现自己要学的东西太多了。第5章 总结与体会紧张而充实的两周数字电子课程设计转眼就结束了，只有从开始找资料到最后课题验收每个环节都认真参与之后才能够真正体会到它的意义和乐趣。这两周来的生活和学习，我感觉收获颇多，感受颇多。在康老师宣布课题的第一天，我就在脑海中构思，要完成整个电路需分为哪几个步骤，每一步又要完成哪些功能，怎么实现这些功能.一系列的问题在脑海中徘徊，刚开始简直是一头雾水

13、，网上的资料也很有限，后来我还是在图书馆找两本课程设计与综合实践的书，里面有关于交通灯的控制器的设计，从这些资料中我大概了解了设计的一点点思路，然后就与我们组其他几个成员讨论该怎么设计，然后进行分工每个人设计一个模块。从前的学习过程过于浮浅，只是流于表面的理解，现在要做课程设计，就不得不要求我们对所用到的知识有更深层次的理解。因为课程设计的内容比及书本中的理论知识而言，更接近于现实生活，而理论到实践的转化往往是一个艰难的过程，它犹如一只拦路虎，横更在我的面前。但是我毫不畏惧，因为我相信我们能行。前几天我们的任务是设计出电路图，进行仿真，为了能按时完成安装与调试任务，我们在刚刚开始几天里通宵达旦

14、了好几个晚上，一起讨论，一起思考，这样的过程好美好，团队合作精神深深的感染了我；由于我们的努力，很快我们把仿真图做出来了。做好图后我们领了试验箱、导线、元器件以及一些工具，我们开始接线，第一次接线我们是对照原理图，整个图接完后再看调试的结果，显示倒计时的电路也没显示，灯也不亮，由于这个电路的接线极其复杂，只要一根线出错就出不来结果，也不知那根先出了问题，后来我们想到我们电路单元是分工设计的，于是，我们换了一种思维方式，一个单元接，接完一个调试一个，果然一下子效率提高了，没过多久，显示倒计时那块一下子就搞定了，就这样循序渐进，我们把整个电路图又接了一遍，面对着一而再再而三仍然存在问题的电路，我们

15、相互鼓励着对方。也许是为了能让我们更多的掌握和加深吧，我们在调试过程中出现了很多问题，每天一睁眼看到躺在床下的电路就强打起精神爬起来，为的就是多些时间来调试。在整个过程中最能体现团队合作精神，也是这种精神一直鼓舞我一直走下来的，这里面有过我们的失望、哀叹，但更甚的是里面有我们探索的乐趣和成功的喜悦，我们注重的是过程。每当检查出一个小小的问题我们都会兴奋的要死，因为我们又离成功近了一步，大家都会以握手来表示我们的成功。但是，在最后一周调试检查时我们出问题了，可能是线松动了，我们接了好久的线，眼看最后一步完成了，结果就要出来了，结果在接通电源灯 那一刹那，时间显示器的顺序循环动都不动了，那一刻，真

16、的很崩溃，心灰意冷了，可是没办法，人家好多人都接出来了，我们这一步没走好，是没成功，就必须得重来，于是我们俩又心狠的把线给拆了，重新接上，等正式接完都是一点了，我记得这时候实验室就剩三个人了，结伴下去，下面的门还锁了，等了好久才被放出来，这可能也是以后我们引以为豪的一件事情。第二天上午，我们才把最后一步工作给做完，虽然结局不是很完美，但总算是自己扎扎实实给做的，多多少少还是有很多欣慰在里边的。两周的课程设计很快就过去了，其实在这两周的收获中，我认为收获最大的就是让我们明白了，当我们面对一个问题时，知道了该怎么去分析问题，然后解决问题的方法。也是她让我知道，任何一种小小的成绩后面，也许就隐藏着许

17、许多多不为人的艰辛最让我难忘的就是接线的时候，本以为自己设计的电路很完美，只要按照图接线就可以了，等我真正开始动手的时候才发现一切都不是我想的那么简单，第一次接线时对各个芯片的管脚不清楚，一边查资料，一边接线，这样不仅浪费时间，而且在线多的时候就乱了，这么多根导线把我搞得头晕，只能拆了重接，第二次接线的时候发现许多导线接触不良，于是又得一根一根认真检查，可是结果依然不尽人意，那跳动的数字让我不得不重新做，就这样我又进行了第三次，现实总是残酷的。后来请教了成功的同学的经验，才知道要一个一个模块做的，就这样一次又一次地接线，检查，改错，拆线，在接线，我在实验室整整待了1天，就连晚上，我都没停止过，

18、当我想放弃的时候，听到有同学在感叹“这真的是考验我们耐性的时候啊”，我又坚持了下去，直到成功为止，虽然扩展部分我们没有做，可我依然很快乐，我想到了痛并快乐着。这次实习就这样结束了，不仅巩固了书本知识，更锻炼了自己的动手能力，最重要的是要永不要言弃！附 录元器件清单： 74LS194 1片74LS161 3片 74LS00 1片74LS04 1片74LS32 1片静态LED显示 4个试验箱 1个面包板 1块 导线 若干参 考 文 献1电子线路设计、实验、测试（第二版） 华中理工大学出版社-谢自美 主编2新型集成电路的应用 华中理工大学出版社-梁宗善 主编3电子技术基础实验 高等教育出版社-陈大钦

19、 主编4电子技术课程设计指导高教出版社-彭介华 主编5.数字电子技术基础 高等教育出版社-阎 石 主编6数字电路设计与制作 科学出版社-彭 军 主编电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价设计方案的合理性与创造性硬件制作或软件编程完成情况*硬件制作测试或软件调试结果*设计说明书质量设计图纸质量答辩汇报的条理性和独立见解答辩中对所提问题的回答情况完成任务的情况独立工作能力组织纪律性（出勤率）综合评分 指导教师签名：_ 日 期：_注： 表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填类容； 此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、平分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。