多路彩灯控制器_8路移存型彩灯控制器_数字电路课程设计实验报告.doc
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1、多路彩灯控制器的设计一 课程设计题目(与实习目的)(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
2、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(花型自拟);3. 彩灯用发光二极管LED模拟;4. 选做:用EPROM实现8路彩灯控制器,要求同上面的三点。(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。第一块实现花型的演示;第二块实现花型的控制及节拍控制;第三块实现时钟
3、信号的产生。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
4、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;
5、74LS04(六非门) - 2个;发光二极管- 8个;555 - 1个;f -1个;001f -1个;电阻: 150k - 1个;100 -1个;4.7k -1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
6、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16
7、1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,
8、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)。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:ff电阻取:150 k k 电路图如下:五 总体电路图(见附页)六
9、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。我的数字电路课程设计总共用了4天完成的,这4天每一天都有所收获,都有所进步。起初想预习但不知道都该看些什么也不知道从何看起,因为对自己要设计的东西一点思路都没有。所以第一天去了只知道要用到CP脉冲产生电路,因为书上有完好的电路图直接照着连就OK。可是问题并不是想的那么简单,因为我一开始操作就不知道怎样布线才合理,常出现看着电路图不
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