多路彩灯控制器-数字电路.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date多路彩灯控制器-数字电路XXXX学院XXXX学院数字电路课程设计报告书多路彩灯控制器学院名称：XXXX学生姓名：xx（班内）专业名称：XXX班 级： 08xx实习时间：20xx年6月21日 20xx年7月2日多路彩灯控制器的设计一 课程设计题目（1）题目：多路彩灯控制器（2）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，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作为课程实验与毕业设计的过度，课程设计为两者提供了一个桥梁。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，要求：1. 彩灯实现快慢两种节拍的变换；2. 8路彩灯能演示三种花型；3. 彩灯用发光二极管LED模拟；（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，拟定以下二种方案：方案一：总体电路共分三大块。第一块实现时钟信号的产生；第二块实现花型的控制及节拍控制；第三块实现花型的演示。主体框图如下： 方案二：在方案一的基础上将整体电路分为四块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。主体框图如下：（2）总体方案的选择方案一与方案二最大的不同就在，前者将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起，是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因，且原理相对简单。这样设计，其优点在于：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。缺点则是：中间单元电路连线过于繁多，容易出错。且可能出现线与关系。要避免这些，则势必造成门电路使用过多。导致电路不稳定，抗干扰能力下降。而后者则将以上两种功能分开设计，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试带来方便。缺点则是：节拍控制电路采用可编辑逻辑电路，原理相对复杂，不易理解。花型控制电路简单，花型也比较简单。基于以上原因，加上为了确保短时间内完成课程设计，我选择了连线少，易于组装和调试的方案二。四 单元电路的设计1.设计所使用的元件及工具：74LS161（四位二进制同步计数器） 2个；74LS194（移位寄存器）2个；74LS151（八选一数据选择器） 1个；74LS74（双D 触发器） 1个；74LS20（双四输入与非门）3个；74LS04（六非门）2个；发光二极管8个；定时器555 1个；电容： 4.7f 1个；001f 1个；电阻： 150k 1个；100 1个；4.7k1个；实验板一个；万用表一个；钳子一个；导线若干。2.各个单元电路（1）花型演示电路 由二片移位寄存器194级联实现。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亮灭实现花型演示。三种花型变换样式花型1：8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次；花型2：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3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。移存器输出状态编码表我的设计是每种花型完整显示两遍，所以三种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，3364显示第三个花型。要用194实现三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。现将两片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。列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用Li表示Li的取非)经过分析可以得到控制194高低位片的左移右移变化的控制量。用QAQH表示161从低位到高位的个输出端。控制结果表达式如下：电路图如下：（2）花型控制信号电路由二片161级联的模128（三种花型节拍每种显示两遍，再总体重复一遍的总节拍数）计数器。161的级联用的是同步，并用QH清零。当三种花型全新显示一遍后（总共64拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的Q2（即QG）信号输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。161的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。电路图如下：（3）节拍控制电路 由一片151和一片74级联实现。整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。 令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。令151的D0,D2,D3,D4,D5,D6,D7,B,C,G,GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QG输出。 所以Y端的输出就为：Y=CP·A+Q·A (Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。 所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。A端接的是161的高位片的QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65128拍为变慢后的脉冲输出。电路图如下:（4）时钟信号电路 由一片555加上适当电容及电阻实现。电容取：4.7f 0.01f电阻取：150 k 4.7 k 电路图如下：五 总体电路图六 电路组装完成后，实际测量的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)花型一：花型二：花型三：七 电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。在两周的课程设计过程中，最重要的是要设计出一个好的原理图，以节省时间和元器件为原则，用尽量少的器件实现所要求的功能。 一个好的设计必须进行模块化设计，这样的设计思路对以后错误的排查，系统整体的维护都有至关重要的作用。 问题最多的是电路板的连接。在连接电路板的过程中，芯片的摆放成为了一个重点。因为芯片摆放不好，连线会出现交叉现象，既影响美观，又容易对实际电路产生影响，可以按照事先做好的各个模块逐个连接、排错，通过这种方式获得较好的电路布局，也利于检查，大大减少了不必要的麻烦，从而提高了工作效率。调试过程中，第一轮用万用表欧姆档测试，就遇了实验板上有插孔不通的情况，导致芯片不能正常工作。相对于别的办法，我选择了导线显示连通，因为其更明晰，更易实现。对于高阻导线则只能换掉。第二轮接电后，用万用表的电压档测试单元电路的状态。如：时钟信号电路的信号是否正常产生，控制信号电路中的计数器能否正常计数，D触发器能否每2拍翻转一次最后在整体上测试一遍。在整个调试完成后，却遇到的新问题：彩灯演示时有时正常有时混乱。在排除其它可能的情况下，我仔细检查各端子的连接情况，发现清“0”端在清“0”后悬空了。将其插到电源正极后，发现问题解决了。八 分析和总结。此次两周的课程设计实习， 使我认识到具备扎实的理论知识是非常重要的，这一点在设计电路图时得到了充分的证明。如果没有扎实的理论基础，就不能设计出好的电路，就会给以后的连线造成极大的不便，当然，动手能力也是非常重要的，只有两者相结合，这样在未来激烈的竞争中，才能有一番作为。 经过我多次参考、查阅有关书籍和资料，通过自己的思考、成功的设计好了原理图。然后在计算机上仿真成功了。但仿真成功，只能说明理论成功，实践就不一定会成功。在连接电路板时，要非常的认真仔细，一个插孔，一个线头都不能马虎，因为错误很可能发生在各个地方。布线完成后，错误可能还会很多，比如芯片导线等接触不良，导线损坏等等。还有很重要的是，布线一定要整齐，不能有丝毫的马虎，线条最好不要重叠，交叉，更不能叠在芯片上，否则会产生电磁感应；如果电路有问题，检查时一定先要断电，以免烧毁器件。特别是像发光二极管这样的器件。接二极管时一定要用限流电阻，否则很容易烧坏。 此外，在检查错误时，一定要先局部，后整体，分模块逐步排查的方法。这种消除错误的方法对我们以后走上社会工作岗位很重要。这次课程设计，使我培养了全局观点和勤俭节约的好习惯。给我今后的学习以很大的帮助，使我的实践能力进一步加强。九 参考文献。<<数字电路逻辑设计>> 高等教育出版社 王毓银编XXXX学院 XXXX 系 课程设计 过程考核表学生姓名xx班级/学号专业/学号/班内承担任务实验室（单位）电路与电子技术基础教学部所在部门电子工程学院实施时间2010年6月21日 2010年7月2日具体内容第一周周一：听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；周二：选定题目，并设计电路，完成电路设计；周三：电路仿真；周四：领取元器件，开始组装电路；周五：组装电路；第二周周一：组装电路；周二：老师验收电路；周三：写实验报告；周四：写实验报告；周五：实验总结；指导教师（师傅）姓名郑慧娟职务或职称讲师指导教师（师傅）对学生的评价学习态度 认真 一般 不认真学习纪律 全勤 偶尔缺勤 经常缺勤实践能力 很强 一般 较差指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见指导教师（师傅）签字 年 月 日 XXXX学院 XXXX 系 课程设计 成绩鉴定表学生姓名xx班级/学号专业/学号/班内进行时间2010年6月21日 2010年7月2日成绩鉴定学习内容（20分）与教学任务计划结合程度（10分）与专业培养结合程度（6分）其它（4分）接受单位评价（20分）实践能力（10分）学习态度（6分）学习纪律（4分）报告鉴定（60分） 报告内容与实践过程紧密结合（15分）报告内容与教学计划内容紧密结合（15分）报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数（ 30分)评阅教师姓名郑慧娟职称讲师成绩评语 评阅教师签字 年 月 日 -