数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器.pdf

《数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器.pdf（14页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 数字逻辑课程设计报告 多路彩灯控制器 学 院 名 称：电子工程学院 学 生 姓 名：崔欢（13）专 业 名 称：集成电路设计与集成系统 班 级：电路1102 实 习 时 间：2013 年 6 月 3 日 2013 年 6 月 14 日 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锻炼动手能力，排错能力。二、

2、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，基本要求：1.8 路彩灯能演示三种花型（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 总体方案的设计

3、整体电路分为四个模块，第一个模块时钟信号的产生；第二个模块实现节拍控制；第三个模块实现花型的控制；第四个模块实现实现花型的演示。这种方案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。主体框图如下：时钟信号 CP 电路：用 555 芯片产生 CP 脉冲。节拍控制电路：节拍变化由 151 八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可由74 双上升沿 D 触发器完成，它可实现二分频。花型控制电路：由 161，4 位二进制同步计数器完成；花型演示电路

4、：由 194 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；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；74LS00（四二输入与非门）-2 个；74LS04（六非门）-1 个；555 -1 个；发光二极管 -8 个；电容：f -1个；0 01f-1个；电阻：150k -1 个；100 -4 个；-1个；实验板一块；万用表一个;钳子一个；导线若干。2.各个单元电路（1）时钟信号电路 由一片 555 加上适当电容及电阻实现。电

5、容取：f 10nf 电阻取：150 k k 电路图如下：（2）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 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=CPA+QA (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）。

6、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 QF 即当到达第 32 拍时 QF 为 1 接下来的 3364 拍为变慢后的脉冲输出。电路图如下:555+5v48762134.7k150k4.7uf0.1uf（3）花型控制信号电路 由二片 161 级联的模 64（三种花型每种显示一遍，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QG 清零。当三种花型全新显示一遍后（总共 32 拍）161 的输出变为 00000100 所以将161 高位片的信号 QF 输给节拍控制电路的 151 的 A

7、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 151 的输出端 Y。电路图如下：（4）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 级联的计数器输出控制（它们由同一个CP 脉冲控制）。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

8、编码表 节拍序号 花型 1 花型 2 花型 3 1 00000000 00000000 00000000 2 00011000 3 00111100 4 01111110 5 6 01110111 7 00110011 8 00010001 9 10 01111111 11 00111111 12 00011111 13 00001111 14 00000111 15 00000011 16 00000001 这 3 种花型在每种频率下各显示一遍，三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为 32，即 18 显示第一个花型，916 显示第二个花型，1731 显示第三个花型。要用 194 实现三个花型的

9、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,将两片 194 分为低位片和高位片，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)花型 低位片 节拍控制信号 SL SR S1 S0 SL SR S1 S0 QDQE 1 X L8 0 1 X L8 0 1 00 2 L8 X 1 0 X L8 0 1 10 3 X L8 0 1 X L4 0 1 01 X L8 0 1 x L4 0 1 11 列出卡诺图分析 194 低位片 QD QE 0

10、 1 QD QE 0 1 0 X L8 0 0 1 1 X X 1 0 0 SL=L8 S1=DE QD QE 0 1 QD QE 0 1 0 L8 X 0 1 0 1 L8 L8 1 1 1 SR=L8 S0=(DE)194 高位片 QD QE 0 1 QD QE 0 1 0 X X 0 0 0 1 X X 1 0 0 SL=X S1=0 QD QE 0 1 QD QE 0 1 0 L8 L8 0 1 1 1 L4 L4 1 1 1 SR=L8E+L4 E S0=1 由上图分析可以得到控制 194 高、低位片的左移右移变化控制端 S1、S0 以及串行输入端的由 161 的输出端QD、QE和本

11、身输出端 L4 和L8控制。用去 QAQH表示 161 从低位到高位的个输出端。控制结果表达式如下：194 低位片 194 高位片 S1=DE S1=0 S0=S1 S0=1 SL=L8 SL=X SR=L8 SR=L8E+L4 E 电路图如下：五 总体电路图 194(1)CLRSRSLABCDQA1QB1QC1QD1S01S111194(2)CLRSRSLABCDQA2QB2QC2QD2S02S12111&CPCP321&1&1&CP16 六 电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。刚开始数电实习的时候，我想到了,先设计电路,再搭电路,以便后来的排错,从而完成实习要求。在设计电路时，我先

12、确定了总体框图，555 的 CP 脉冲电路，74,151 的分频电路相对容易，很快就设计好了，难就难在 161 和 194 的关系处理上，怎么用 161控制 194 的花型转换，怎么用 194 连续显示 3 种花型呢接着我想到 161 的功能就是计数，它可以通过计数来控制花型的转换，而 194 是移位寄存器，通过控制它的 SL,SR,S0，S1，就可以进行花型的显示，而卡诺图化简就可以找出 161 和 194的关系，理清思路后，我很快就完成了设计。周三我就开始用面包板搭电路了，再搭电路前，我用万用表测了面包板的正负极是否连通，在确保它是连通的后才正式搭电路，由于设计和仿真都是自己一步步扎扎实实

13、地走的，周五就进行了测验，加上电后，我分模块对电路进行了测试。1.测试脉冲产生模块。在 555 定时器的 3 脚插上了一个 LED 灯后，发现灯不亮，我就怀疑是不是点没加进去，检查后发现，我把电源负极和地分开了，没有把它们接在一起，这就相当于电路没连通，在用导线把它们连接好后再加电，LED 灯正常闪亮，我又在 151的 Y 输出端接上了一个 LED 灯，正常闪亮，说明脉冲产生电路是正常的。2.测试节拍控制模块。我先把 A 接 0，发现 Y 输出接的 LED 灯和 CP 输出端接的灯闪亮是同步的，即还没有分频，再把 A 接高电平，这时现 Y 输出接的 LED 灯和 CP 输出端接的灯闪亮便不是同

14、步的了，即实现了分频，分频电路正确。3.测试花型控制电路和花型演示电路。我在两片 161 的输出端都接上了 LED 灯，观察它计数是否正确，再在两片 194的输出端接上 LED 灯，观察其分频前的花型和分频后的花型是否正确。在加电后，观察到 161 可以正常计数，且 194 的花型显示也是正确的，但就是在 161 计数到32 后没有进行分频，在分频模块功能正常的前提下，出现这种情况的原因只有一种，那就是 A 的高电平没有返回给 151，所以对于 151 来说在 A 是 0 时，输出的就是 CP，所以没有分频，我用万用表测了 151 的 A 引脚和 161 的 F 输出，发现是正常连通的，但是加

15、电后还是不能分频，既然不是接触不良，那问题会出在哪呢这引起了我的思考，会不会是 F 脚的输出逻辑电平达不到 1，因为我在 F 脚接了一个 LED 灯，会产生压降，虽然灯可以亮，但它的逻辑值却是 0，那么把 F脚的这个灯拔掉这一问题会不会就解决掉了呢在拔掉灯后，我惊喜地发现在 161计数到 32 后，可以实现分频了！至此，测试完满结束。七 附加功能的实现 当我完成基本的实验电路后实习的老师建议我去尝试一下，用数码管实现花型的现实，即当时第一个花型时，数码管显示 1，以此类推。我用了几个小时的时间想出来了解决方案，用一片 48 芯片和一个数码管实现，将 48 芯片的 D，C管脚分别接地，A 接 F

16、1 非或 F2，即 F1 与 F2 非得与非，前面的电路已经实现，只须连接，B 接 F1，其他的输入管脚按照芯片的工作要求进行连接。在连接电路时必须注意管脚的位置，开始接错了，数码管显示的是 2,4,6。最后检查是管脚位置接错了，检查完后，按照对的管脚图连接电路，数码管显示出了 1,2,3.所以必须足够的耐心，细心。八 分析和总结。本次课程设计我用了一个星期的时间就全部做完，两天天设计，两天测试，因为在设计之前根据设计的要求，每个模块都仔细的设计分析了，扎扎实实一步步实现，才有这么高的效率。而且从本次课程设计中收获很多。可以总结为以下的几点：（一）学会了灵活运用数电知识 这次课程设计主要是运用

17、数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。151,194,161,555 各个芯片的功能，真值表都熟悉了一遍。巩固了数电知识。在刚开始设计花型时，由于我对194 芯片的 SR，SL 控制不是很清楚，所以就在这块打住了，后来认真查书，找到控制它们的规律后，完成了 194 显示花型的设计，也完成了 161 对 194 的控制。（二）锻炼了分析问题的能力和排错能力 在拿到这个题目时，我首先进行了分析，它要实现什么功能，分哪几个模块，各个模块又由哪些芯片构成，这些芯片该怎么用，各个模块之间又有什么联系。在分析好这些后，再进一步地完善设计内容，从整体到部分，分

18、而治之是核心。设计好方案后，进行电路的搭建。在测试电路时，不可避免地出现了各种错误，但是把问题具体化，大化小，最后还是可以找出问题，并解决问题的。只要有足够的耐心和细心，思路清晰，就会很轻松地解决问题。通过这次实习，我的逻辑思维能力得到了很好的锻炼，分析问题和解决问题的能力也得到了提升，排错能力也比以前好了。（三）提高了动手能力 学数电的时候，我不会想着怎么布线，怎么放置芯片，使整体布局更合理，更美观，但实际搭电路的时候就得考虑这些问题，由于资源有限，怎么接可以更节约导线，用更少的芯片，这都得仔细设计，设计得好的话，有利于以后检查电路，也方便别人看。如果没有这次实习，我可能还会犯一些很简单的错

19、误，如不知道把负极和地接在一起，但是，时间出真知，通过自己动手实践，我牢牢地记住了这个知识点，也丰富了自己在搭电路方面的经验。总结 本次试验中包括CP 的产生电路用的 555 芯片，基本电路我用了 8 个芯片（一片 555、两片 161、两片 194、两片 00、一片 04），分频电路用 74 和 151 实现，一共用了 10 个芯片。是目前我想出的用最少的器件，最简单的布线来实现所要求的功能。从电路图的设计、实现、实验报告，都是自己思考和动手。学会了用所学习过的芯片设计电路，并用面包板来实现，实现的过程中排错、检查的能力也得到锻炼。总而言之，好好利用了学校给我们提供的此次实习的机会，努力按要

20、求完成了任务，提高了自己的综合思考能力和动手实践能。九.参考文献。-高等教育出版社 王毓银编西安邮电大学 数字逻辑课程设计 过程考核及成绩鉴定表 学生姓名 崔欢 班级/学号 电路 1102/05116048 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 2013 年 6 月 3 日 2013 年 6 月 14 日 课程设计过程 要求 优 良 中 及格 不及格 电路功能 花型种类 移动方向 移动速度 其它 电路质量 电路运行稳定 元件布局合理 连线简洁 回答问题 分析问题、解决问题能力 电路原理清楚，能抓住重点 设计报告 设计思路清晰、图表齐全、各部分电路说明正确。学习态度 认真 一般 差 学习纪律 好 一般 差 实习综合成绩 优秀 良好 中等 及格 不及格 指导教师签名 年 月 日