四路彩灯显示系统数电课程设计.doc

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1、课 程 设 计课程名称 数字电子技术课程设计课题名称 四路彩灯显示系统 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气0781班 学 号 2 姓 名 指导教师 赵振兴 2010 年 1 月10日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：四路彩灯显示系统 专业班级： 电气0781 学生姓名： 学号： 10 指导教师： 赵振兴 审 批：任务书下达日期 2010 年 1 月 4 日设计完成日期 2010 年 1 月 10 日设计内容及设计要求 一、 任务及要求：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程序进行循环显示。2、 程序由

2、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。第三节拍时，Q1Q4输出同时为1态0.5秒，然后同时为0态0.5秒，使四路彩灯同时点亮0.5秒然后同时灭0.5秒，共进行4次。每个节拍费时都为4秒，执行一次程序共需12秒3、 用发光二极管显示彩灯系统各节拍；4、 功能扩展（自选）二、设计要求：1、 设计思路清晰，给出整体设计框图；2、 设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；3、 总电路设计；4、 计算机仿真5、 安装调试电路；6、 写出设计报告；主要设计条

3、件1. 提供直流稳压电源、示波器； 2. 提供 TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。说明书格式1、 课程设计封面；2、 课程设计任务书；3、 说明书目录；4、 设计总体思路，基本原理与框图；5、 单元电路设计（各单元电路图）；6、 总电路设计（总电路图）；7、 安装、调试步骤；8、 故障分析及电路改进；9、 总结及设计调试体会；10、 附录（元器件清单）；11、 参考文献；12、 课程设计成绩评分表。进 度 安 排 第一周 星期一 上午 安排任务、讲课。 星期一 星期五上午 查资料、设计第二周1、 计算机仿真2、 测试元器件3、 调试单元电路4、 调试总电路5、 调试验收6、

4、 写课程设计报告书 星期五下午 答辩地 点：实验楼四楼 电子综合实验室第一章系统组成及工作原理7设计总体思路7基本原理8框图8第二章单元电路设计8时钟脉冲产生电路9具体实现9循环控制电路10具体实现：11彩灯花样输出电路11运用到74LS194功能表12通过12进制计数器输出端C、D信号控制移位寄存器S0和S1及其端真值表13彩灯花样输出电路接线图14第三章总电路设计15第四章实验、调试及测试结果分析16结果调试及分析16调试使用主要仪器: 数字万用表 直流稳压电源 示波器 函数信号发生器16测试电路方法和技巧:16调试中出现故障、原因及排除方法：16彩灯只有一种花样变化，没有其它花样：16彩

5、灯无规律变化：16彩灯四种花样都有，但一次循环结束到另一次循环开始中间有段时间彩灯不亮：16第五章总结及设计调试体会17第六章附录18元器件清单：18参 考 文 献18第一章 系统组成及工作原理1.1 设计总体思路根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路与彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161与7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194与相关逻辑电路实现。1.2 基本原理由设计要求出发可知彩灯三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0与S1实现右移、左移与送数，通过控制CLR控制清零。第一节拍

6、为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。由于程序循环一次要12秒，故需要一个12进制计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频率控制CLR。可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。1.3 框图移位计数器74LS19112进制循环控制器多 谐 振 荡 器彩 灯 显 示 输 出16进制分频计数器第二章 单元电路设计2.1 时钟脉冲产生电路用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性矩形脉冲,其周期为:T=0.7(R1+2R2)C(1-1)控制

7、74LS161模十六计数器电阻值与电容值可设为：R1=1K ， R2=20KF由公式（1图. 时钟电路2.1.1 具体实现74LS161用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性矩形脉冲,控制74LS161模十六计数器，74LS161A输出2倍T脉冲信号；B输出4倍T脉冲信号，大约为1S。2.2 循环控制电路12进制循环控制电路示意图(74LS161由74163代替)2.2.1 具体实现：如果模N计数器计数序列从最小0到最大数N-1，那么N是多余，可用及非门检测N,当N出现时，及非门输出为低，用它控制清零端CR，将计数器清零。此处工作状态从00001011，检测1100（异步清零）

8、。2.3 彩灯花样输出电路2.3.1 运用到74LS194功能表输 入输 出功 能/CRS1S0CPSLSRD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q300000清 零111d0d1d2d3d0d1d2d3送 数10111Q0nQ1nQ2n右 移1100Q1nQ2nQ3n0左 移2.3.2 通过12进制计数器输出端C、D信号控制移位寄存器S0与S1及其端真值表CLK时间节拍QDQCS0S1SRSL74LS194动作0脉冲B1第一节拍00101*右移112001023001034001045第二节拍0101*0左移05601016701017801018脉冲A9第三节拍1011*送清零91011

9、10101011111011121113141215由上表由：CLR（*A+QD）进一步分析可知脉冲控制：（*A+QD）*+B2.3.3 彩灯花样输出电路接线图第三章 总电路设计第四章 实验、调试及测试结果分析4.1 结果调试及分析4.1.1 调试使用主要仪器: 数字万用表 直流稳压电源 示波器 函数信号发生器4.1.2 测试电路方法与技巧:先检查各芯片电源与地是否接上，检查线路是否连好；前面检查无问题后，再根据彩灯变化情况，确定可能原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。4.2 调试中出现故障、原因及排除方法：4.2.1 彩灯只有一种花

10、样变化，没有其它花样：可能是移位计数器S0，S1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。还可能是12进制循环控制计数器没正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。特别注意不能把非门输入及输出接反了。4.2.2 彩灯无规律变化：原因可能是12进制循环控制电路不能产生符合要求控制码，检查模十六计数器CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD是否周期性高低电平变化，前面没问题，再检查及非门74LS与非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。4.2.3 彩灯四种花样都有，但一次循环结束到另一次循环开始中间有段时间彩灯不亮：原因可能是控制循环进制计数器没有真确接线，实际控

11、制循环进制大于进制，导致有放空时间。应该检查是否正常工作，确保能实现进制计数。第五章 总结及设计调试体会当完成这次课程设计后，感觉很有成就感，因为从电路设计到电路仿真，接线，测试都是自己独立完成。第一次真正体会到将所学知识运用到实践中快乐，最终得到了完美结果，但是最重要是经历一次如此难忘过程。设计电路最重要是思路要清晰，一旦有了自己思路就应该有层次有条理探索下去，只要坚持自己观点与判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想及求证过程却是通往另一条道路必不可少环节。在完成这次设计过程中，我也有参考相关设计课题，甚至还花了很长时间去弄清楚别人设计，以至于后来被束缚住，对自己设计没有

12、了头绪。学习吸收别人长处是应该，但是不能完全沉浸进去，要有自己思路与观点，并且努力去实现。这就是快乐最大源泉。在完成设计过程中自己不断解决了一个个难题，要通向最后成功，绝不会一蹴而就，饭要一口一口地吃，路要一步一步地走，做事要踏实，实事求是，不能好高骛远。在电路接线过程中，也出现了很多问题，问题多并不可怕，可怕是在反复受挫中没有革新，不能改进自己方法与思路。通过这次课程设计，我对电子技术中诸多知识有了更深层次理解，也初步学会了如何将理论知识有机地及实际结合加以运用。这是一次获益匪浅实习。第六章 附录6.1 元器件清单：555定时器，模十六计数器74LS161， 及门74LS09，及非门74LS

13、20，非门74LS04，或门74LS32。74LS194双向移位寄存器，发光二极管等。6.2 参 考 文 献电子技术课程设计历雅萍、易映萍编电子技术课程设计指导 彭介华、主编 高等教育出版社电子线路设计、实验、测试 谢自美主编华中理工出版社。电气及信息工程系课程设计评分表项 目评 价设计方案合理性及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条理性与独特见解答辩中对所提问题回答情况完成任务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内容； 此表装订在课程设计说明书最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小图纸及程序清单）。 第 16 页