数字电路设计报告-多路彩.doc

XXXX大学数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器学院名称：学生姓名：专业名称：班 级：实习时间：多路彩灯控制器的设计一、课程设计题目（与目的）（一）多路彩灯控制器（二）课程设计目的1、进一步掌握数字电路课程所学的理论知识；2、熟悉各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、数电课程设计可以增强我们的动手实践能力。二、任务和要求彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按不同的节拍循环显示各种灯光变换花型。彩灯控制器是以高低电平来控制彩灯的亮灭。实现彩灯控制可以采用EPROM编程、RAM编程、可编程逻辑器件、单片机等实现。在彩灯路数较少，花型变换比较简单时，也可以用移位寄存器实现。（1） 彩灯控制器设计要求 设计一个8路移存型彩灯控制器，彩灯用发光二极管LED模拟，具体要求如下：1、能演示三种或三种以上花型，花型自拟。2、选做：彩灯明暗变换节拍为1.0s和2.0s，两种节拍交替运行。（二）课程设计的总体要求1、电路设计尽可能简化，做到模块。组装电路时，先单独组装振荡电路，测试无误后，再组装其他模块。2、所有发光二极管都要接限流电阻。阻值在100500之间。3、所有器件的多余输入端不允许悬空，请按实际情况做合适的处理。4、电路中的高电平正常情况下3V，低电平正常情况下0.4V。介于二者之间的电平为非正常电平，会造成逻辑错误。三、总体方案的选择针对题目设计要求，通过分析问题和思考，设计出如下方案：（一）整体功能的实现需要四个模块来实现：花型的演示、花型的控制，节拍的控制，时钟信号的产生。（二）主题框图如下：花型控制花型演示节拍控制时钟信号（三）各模块简要设计思路：时钟信号电路：时钟信号的产生由一个555多频振荡器来实现；节拍控制电路：节拍变化由74LS151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可由74LS74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频；花型控制电路：由两个74LS161（四位二进制同步计数器）完成；花型演示电路：由两个74LS194（双向移位寄存器）来实现。四、单元电路的设计（一）设计所需的器件表一器件型号数量器件型号数量74LS0054.7f174LS041001f174LS201150k174LS7414.7k174LS1511100274LS1612面包板174LS1942剥线钳15551万用表1导线若干（二）各个功能单元1、脉冲产生模块由一片555芯片及适当电容和电阻既可实现。时钟信号电路图如下：2、 节拍控制模块由一片74LS151和一片74LS74级联实现节拍的快慢交替。让74的Vcc、CLR、PR都接高电平，将的输出端接到D端，Q的输出端接到151的端。令151的B、C、接低电平，接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的D1输出。所以=+。D触发器具有记忆的功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出作为上一次的记录，即为一个脉冲。也就比时钟信号电路的CP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，即当达到第64拍时，节拍由慢一拍，到第128拍恢复，如此循环。节拍控制电路如下图：3、花型控制模块用两片161，级联成为一个模为64的计数器，当为1时重新计数。通过此模块可产生对CP的16、32和64分频。花型控制电路如下图：4、花型演示模块由二片194级联实现，八个输出信号端（低位片和高位片）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来实现花型演示。六种花型变换样式：花型1：从左至右依次点亮，全亮后，再从左至右依次熄灭；花型2：八路灯分成两半，分别从左至右渐亮；全亮后，再分别从左至右熄灭；花型3：从两边到中间对称地逐个渐亮，全亮后由两边到中间顺次渐灭；花型4：从右至左顺次点亮，全亮后，再从右至左顺次熄灭；花型5：八路灯分成两半，分别从右至左渐亮；全亮后，再分别从右至左熄灭；花型6：从中间到两边对称地逐个渐亮，全亮后由中间到两边顺次渐灭。表二 移位寄存器输出状态编码表时钟节拍花型1花型2花型3花型4花型5花型610000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 000021000 00001000 10001000 00010000 00010001 00010001 100031100 00001100 11001100 00110000 00110011 00110011 110041110 00001110 11101110 01110000 01110111 01110111 111051111 00001111 11111111 11110000 11111111 11111111 111161111 10000111 01110111 11100001 11111110 11101110 011171111 11000011 00110011 11000011 11111100 11001100 001181111 11100001 00010001 10000111 11111000 10001000 000191111 11111111 1111100111 11111111 1110110011 11111111 1100120001 11111111 1000130000 11111111 0000140000 01111110 0000150000 00111100 0000160000 00011000 0000注：六种花型总的节拍为64，第一种16个节拍，第二种8个节拍，第三种8个节拍，第四种16个节拍，第五种8个节拍，第六种8个节拍；之后每个花型节拍都慢一倍，就是128拍，当六种花型分别快节拍、慢节拍演示完后，又从快节拍第一种花型开始，如此循环。要用194实现将六个花型的连续显示时，必须通过两片74LS161的输出来控制对两片194的S1、S0和SL、SR。下表列出了六种花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号。如下表：表三 六种花型对应194的部分管脚取值花型节拍数194（1）194（2）一160101二80101三80110四161010五81010六81001由此表和161产生的对CP的16、32、64分频可画出对应194的S1、S0和SL、SR的波形图。如下图：由此波形图可得出对应194的S1、S0、SL、SR的卡诺图0001111001100111000001111001100110100001111001000111100100011110010001111001由上述卡诺图可得194的部分控制端逻辑函数，如下图：194（1）194（2）=+=+=+=+=+综上，可得花型演示电路，如下图： 五画总体电路图经过上面的分析得到了如下的电路：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、CP脉冲产生电路波形图与分频电路波形图2、花型1的波形（从上到下，依次为CP、LED1LED8）3、 花型2的波形（从上到下，依次为CP、LED1LED8）4、 花型3的波形（从上到下，依次为CP、LED1LED8）5、 花型3的波形（从上到下，依次为CP、LED1LED8）6、 花型3的波形（从上到下，依次为CP、LED1LED8）7、花型3的波形（从上到下，依次为CP、LED1LED8）七、电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法这个数字电路课程设计总共用了6天的时间完成，这几天都在学习思考和实践中都有所收获。1、 第一天就拿到了题目，倒是在具体设计电路时出现了疑惑。用194去实现一个花型很简单，但是要同时实现3-6个还是有难度的，是通过151实现吗？经过思考没有得到解决，只觉得161的计数器如果不去控制194的变化，那他的价值就不大，接下来我看了一些书籍，大概有了自己思路，于是开始设计。整个设计过程用了周二一整天。2、 周三的时候开始连线。我严格按照试验要求。组装电路时，先单独组装振荡电路，测试无误后，再组装其他模块。当这天结束的时候，前三个模块已经没有问题，但是花型出来时乱的，在经过多次用万用表测量后，发现，大部分都是因为接触不良引起。经过重新摆放芯片的位置，避开面包板上的接触不良的地方，解决了部分问题。但是花型还是没有按照设计的显示出来，经过跟同学讨论，发现我设计的电路有些复杂，有些部分是可以简化处理的。而且芯片的布局不是很合理，导致线比较乱。3、 周四的时候我把我的电路重新设计了一下，然后拆掉原先所有芯片跟导线，然后经过合理的设计之后重新放置芯片，按照新的设计连接导线。4、 第五天，电路已经连接完毕，但是还是会出现问题。于是开始调试，在调试过程中，第一次用万用表欧姆档测试，就知道了电路板上有插孔不通的情况，导致芯片不能正常工作。经过一系列的调试，终于出现了六种花型。5、 在老师验收的时候，发现花型前三个跟后三个节拍不同，然后我就把板子拿下来认真思考检查，最终发现时151的输入A端接法错误，经过修改之后，演示的结果与设计完全相同。这也就标志着我实习的成功，心中很有成就感。八、分析和总结从本次课程设计中我收获了很多，可以总结为以下几点：（一）巩固数电知识这次课程设计主要是运用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次学习。我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾一遍。这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。（2） 学会用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路虽然这不是第一次用电路板，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容，没用充分利用此资源。这次的实习中应用了整个板子，实习后对电路板的组成又了解了许多，并能熟练运用。实习中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好地放置芯片在最合适的位置。在导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路的简捷。（3） 和同学共同合作、相互学习、共同进步在设计过程中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间，也会从别人身上学到更多。九、参考文献 高等教育出版社 王毓银编 科学出版社 徐维 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薛晓婷 班级/学号信工1003班（03104085）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2012年 6 月18日 2012年 6月29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