移位寄存器型彩灯控制器.doc

课程设计(综合实验)报告( 2014- 2015年度第 一 学期 )名 称： 电子技术综合实验 题 目： 移位寄存器彩灯控制器 院 系： 电气与电子工程学院 班 级： 信息1301班 学 号： 1131200121 学生姓名： 王德勇 指导教师： 赵东 设计周数： 一周 成 绩： 日期： 2015 年 01 月 09 日目 录任 务 书1一、课程设计(综合实验)的目的与要求3二、设计框图及电路系统概述4三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算5四、调试过程及结果分析9五、设计、安装及调试中的体会10参考文献111附录设计流程图、程序、表格、数据等12电子技术综合实验任 务 书一、 目的与要求1.目的1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2.要求2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。 2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。 2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。 2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。 2.5学会撰写综合实验总结报告。 2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。 2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。二、 主要内容共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。1.移位寄存器型彩灯控制器2.智力竞赛抢答器3.电子拔河游戏机4.交通信号灯控制器5.数字电子钟6.电子密码锁7.电子秒表8.数字电子钟（硬件）三、 进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1设计内容讲解、学习资料查找方法两个下午2发放材料、清点材料、熟悉各种元器件2小时3查找资料、设计电路、绘制总体电路草图1天4电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试2天5验收、撰写实验报告1天四、 设计（实验）成果要求1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。五、 考核方式综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。1.设计方案的正确性与合理性；2.实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；3.总结报告；4.答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。 学生姓名： 指导教师： 年 月 日一、课程设计(综合实验)的目的与要求1.目的： 1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。 1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。 1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。 1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2.要求： 2.1使用移位寄存器设计一个彩灯控制电路。 2.2实验要求实现三种花型变换 以某种节拍按一定规律改变彩灯的输入电平值，控制彩灯的亮与灭，按预定规律显示一定的花型。花型1：8路彩灯从左至右顺次渐亮，全亮后逆序渐灭；循环两次。 花型2：8路彩灯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3：8路彩灯分两半，从左至右顺次渐亮，全亮后则灭，循环三次。 2.3要求慢节拍和快节拍各循环一次。 二、设计框图及电路系统概述2.1明确设计要求。设彩灯控制器输出为1时可以点亮彩灯，为0时不能点亮，根据原题要求列出彩灯一次总循环的状 态列表。考虑到74X194能左移、右移、清零或并行置数，可满足题目的要求，两片74X194共有8个输出信号，分别控制8路彩灯。由于一次花型循环实为63拍，再加一拍清零共64拍，此外，设计还要求慢节拍和快节拍各循环一次，所以总共需要128拍。对彩灯的控制信号来说，需要的状态数实为64个。当一次循环完成后，需要一个信号改变所选的时钟的频率。2.2由以上的分析，可将电路分为三部分： 图2.1 电路系统概述节拍产生电路花型产生电路控制电路产生电路 三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算3.1设计方案彩灯控制器的对外接口信号示意图如图3.1所示。Qh3彩灯控制器QfQgQe复位信号QdQc时钟信号接彩灯QbQa图3.1 彩灯控制器的对外接口信号示意图设彩灯控制器输出为1时可以点亮彩灯，为0时不能点亮彩灯。根据原题要求列出彩灯控制器的各花型的状态列表，花型1的状态列表如表3.2所示，花型2的状态列表如表3.3所示，花型3的状态列表如表3.4所示。表3.5为一次总循环所需要的状态列表，其中加入了第64个状态并规定为清零，是为了使状态总数等于26，以简化控制器电路。表3.2 彩灯控制器一次总循环的状态列表时钟周期的序号状态Qh Qg QfQe Qd Qc Qb Qa时钟周期的序号状态Qh Qg QfQe Qd Qc Qb Qa初始状态000000003300011000110000000340011110021100000035011111103111000003611111111411110000371110011151111100038110000116111111003910000001711111110400000000081111111141花型2，2遍00011000 911111110420011110010111111004301111110111111100044111111111211110000451110011113111000004611000011141100000047100000011510000000480000000016000000004910001000花型1，2遍171000000050110011001811000000511110111019111000005211111111201111000053花型3，3遍00000000211111100054100010002211111100551100110023111111105611101110241111111157111111112511111110580000000026111111005910001000271111100060110011002811110000611110111029111000006211111111301100000063000000003110000000640000000032000000003.2 确定系统方案和逻辑划分： 1、64节拍产生及快慢分频控制器 2、控制门电路 3、用移位寄存器构成的彩灯信号生成器3.3 节拍产生及快慢分频控制器的设计一个时钟信号产生电路，其框图如图3.6所示，能通过D触发器产生六位二进制数和二选一数据选择器选择输出某频率的时钟信号或它的二分频信号，并将信号传递给拍产生器和移位寄存器，以此来实现彩灯快、慢共128节拍的控制。表3.3：六位二进制数的产生和时钟信号选择电路 3.3花型产生电路。 把D触发器生成的六位二进制代码分别与彩灯的状态进行划分，列写各个状态所对应的真值表，最后通过卡诺图化简得到表达式。表3.4：控制器的状态与74X194芯片的控制信号的关系表节拍 移位寄存器74X194（2）移位寄存器74X194（1）1-4000000-000011左移， 左移， 5-8000100-000111左移， 左移， 9-12001000-001011右移， 右移，13-16001100-001111右移， 右移， 17-20010000-010011左移， 左移， 21-24010100-010111左移， 左移， 25-28011000-011011右移， 右移， 29-32011100-011111右移， 右移， 33-36100000-100011右移， 左移， 37-40100100-100111右移， 左移， 41-44101000-101011右移， 左移， 45-48101100-101111右移， 左移， 49-52110000-110011左移， 左移， 53110100清零清零54-57110101-111000左移， 左移， 58111001清零清零59-62111010-111101左移， 左移， 63-64111110-111111清零清零列出状态表，经卡诺图化简后，可得到控制信号和状态量的关系： = +3.4把各部分电路连接，形成了完整的电路图 ： 四、调试过程及结果分析 4.1第一次连接完毕后不显示花型，产生二进制数的D触发器接线出现问题。4.2彩灯显示状态与要求不相符，74LS194D控制信号连接出现错误，反复纠正后正确。4.3彩灯显示状态不佳，多组尝试不同频率的时钟脉冲后得到理想的结果。五、设计、安装及调试中的体会 5.1要想形成一个正确的解答过程需要反复研究题目，不断尝试，此次实验在二选一数据选择器实现输入不同频率脉冲信号的电路设计上，起初不知道怎么把脉冲信号接入电路，在不断分析，反复读题，列写状态，后终于成功。5.2设计性实验状态较多，需要认真、耐心做下去，并且在出现问题后要及时找出想办法解决。 5.3实验元件比较多，结构比较复杂，在连接时经常会出现错误，需要我们认真核对表达式，在连线时不要过分移动鼠标，因为线头越多，不小心的触碰出现的叉线将会导致错误。5.4在连接完成后要尽可能再查看一下各个控制端口，端口形成的表达式与自己化简的是否一致。5.5实验过程让我进一步了解熟悉各器件的功能，同时在遇到问题时学会了细心，不懂的地方学会向他人请教，从而顺利完成电路。参考文献 1作者：李月乔.书名：数字电子技术基础.版本：中国电力出版社.出版日期：2008年 2月2作者：董宏伟.书名：数字电子技术实验指导书.版本：中国电力出版社.出版日期：2010年1月附录（设计流程图、程序、表格、数据等）附录1：系统电子图实验总电路图