数电课程设计-彩灯

课程设计报告

( 2009 -- 2010 年度第 二 学期)

名 称： 数字电子技术课程设计 题 目： 学 号： 学生姓名： 成 绩：

日期：2010 年 5 月 21

日

目 录

一、电子技术课程设计的目的与要求 3 二、课程设计名称及设计要求 3 三、系统框图及简要说明 3 四、方案选择与论证 4 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等） 4 六、总体电路 6 七、实验过程 6 八、心得体会 7 附录I：总原理图 7 附录II：multisim仿真图 8 附录III：元器件清单 9 附录IV：参考文献 9

一、电子技术课程设计的目的与要求

设计目的：

课程设计作为数字电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。

按照本专业培养方案要求，在学完专业基础课数字电子技术课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计小型数字系统的方法，独立完成系统设计及调试，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。

设计要求： 1.教学基本要求

要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，按要求写出课程设计报告。

2.能力培养要求

（1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。

（2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

（3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。 （4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。 （5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

二、课程设计名称及设计要求

彩灯控制电路： 1．设计任务

本课题要求设计一个具有一定变幻功能的四路彩灯显示系统。 2．技术指标及要求：

（1）四路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。 （2）四路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。

（3）四路彩灯同时点亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒, 反复4次。 3. （选做）多种图形方案选择显示。

三、系统框图及简要说明

图一 简化设计框图

说明：

用555电路产生1Hz的时钟信号。根据设计要求需要进行12种状态间的循环转换，所以采用74161的计数功能实现上述状态间的转换。将74161的输出给74151进行选择输出。将74151的输出给74194，根据74151输出的不同结果使得74191选择左移和右移以实现前8种状态的变换。后4种状态（闪烁），根据电路的设计，此时的74151不工作，状态转换是由555电路输出的时钟信号变换以及之间的逻辑门的运算实现的。在以上芯片的共同作用下实现彩灯的左移、右移和闪烁。

四、方案选择与论证

我选择的方案是用555电路提供1Hz的时钟脉冲信号，利用十六进制计数器74161、8选1数据选择器74151和双向移位寄存器74194共同实现。

因为题目要求的时间间隔为1秒，所以先用555电路设计产生1Hz的时钟脉冲信号。分析题目可以将彩灯系统分为12种状态，前4个状态彩灯依次点亮，中间4个状态彩灯逐个熄灭，后4个状态彩灯闪四下，利用74161的计数功能可以实现12种工作状态的循环（输出端从0000到1011依次循环变换）。

由题目可得彩灯要先从左向右逐个点亮，再从右向左逐个熄灭，这里可以用移位寄存器74194实现。通过将74161的Q0、Q1、Q3输入到74151，再通过8选1分别将输出的D0~D7（11110000）输入到74194来，通过控制S0、S1（通过非门使得S0和S1的取值相反，S0=1，S1=0时右移，S0=0，S1=1时左移）的取值，从而实现前四个状态进行右移，后四个状态进行左移。同时向右移动时右移移入信号应接高电平；向左移动时左移移入信号应接低电平。至此可以完成前8个状态。

最后4个闪烁状态，是通过555输出的时钟脉冲和门电路实现的。因为一个时钟周期时间为1秒，所以每个周期都有0.5秒的高电平，0.5秒的低电平，我的设计就是利用这一点，通过门电路实现了彩灯的0.5秒亮0.5秒灭，从而实现闪烁效果。

根据我的设计方案，我用Multsim进行了仿真，验证了我的设计方案切实可行。

五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等）

1.555定时器

图二 555引脚图

R1=51K； R2=47K；

端口TRIGGER连接的是10uf电容； 端口CONTROL连接的是0.1uf电容； 由此产生的输出脉冲信号频率为1Hz。 （f = 1.43/[(R1 + 2R2)* C1]

图三 555时钟脉冲信号（1Hz）图

2.计数器74161

图四 74161引脚图

计数器要把整个电路的工作状态控制在十二个状态的循环里，因此Q3Q2Q1Q0应在0000～1011之间循环，因此置数端接到Q3Q1Q0上，D0、D1、D2、D3都接0。

图五 74161计数功能实现图

3.8选1数据选择器74151

图六 74151引脚图

通过74161的输出控制74151的输入（CBA），使得74151依次输出D0~D7（D0~D3均等于1,D4~ D7均等于0）。当计数器74161计数到9时，即QD=1,此时74151的使能端=1,74151停止工作，直至74161输出的QD=0（到下一轮循环）。

图七 74151选择功能实现图

4.双向移位寄存器74194

图八 74194引脚图

前4个状态（输出D0~D3）S0=1，S1=0，SR=1，实现右移高电平；后4个状态（输出D4~D7）S0=0，S1=1，SL=0，实现左移低电平。计数器第9个状态后，151停止工作，此时194的输出为0000。

图九 74194移位寄存功能实现图

六、总体电路

见附录II Multsim仿真图

七、实验过程

1.构思

根据题目要求，并参照数字电子技术课本和实验指导书，依据相应芯片的功能，我有了基本的设计框架，就是用74161实现12种状态的计数；用74151通过8选1的选择输出，实现对左移右移的控制；用74194的移位寄存功能实现彩灯的前8个状态。后4个闪烁状态则利用555时钟脉冲信号和门电路实现。 2.仿真

根据自己的设计构造出相应的电路，并在Multisim中进行仿真，验证是否正确。 3.实现

1）选择题目后，通过阅读《数字电子技术课程设计指导书》和《数字电子技术基础》等相关资

料，确定设计思路，并熟悉自己实验所需芯片管脚图和真值表；

2）构造555时钟脉冲。进行参数计算，可得用47K和51K电阻以及0.1uF和10uF的电容恰能

产生1Hz的脉冲；

3）在Multisim中建立彩灯系统的原理图，通过仿真，查看结果，验证自己的电路结构。 4）画芯片各器件间的管脚图，将芯片在面包板上的排布方式以及各个引脚之间的接法都画出来，

形成清晰的思路；

5）在面包板上连接电路，根据之前排好的方式将芯片插好，然后接线。

6）在数字实验箱上完成第一步测试，利用实验箱上的时钟信号和电源，观察结果

7）上一步没有错误可以进行下一步，如果没有得到预想的通过在实验箱上的检查，更改错误。 8）给电路5v直流电压，观察结果和修改电路。 9）提交结果，完成答辩

八、心得体会

本次的课程设计我选择了彩灯控制系统的设计。在开始的电路设计和仿真过程中我做的是比较顺利的，当时我觉得实现它是一件很容易的事情，只要照着自己的仿真图结合管脚图连接就行，但在实践中我却遇到了不少的困难。开始时我花费了几个小时的时间将电路连好，满怀信心的进行测试，结果却让我很难过，因为一个灯都不亮。于是我又拿着面包板对照着电路图进行了检查，检查了2、3遍后我发现自己有几跟导线接错了，改正之后再次进行测试，这回灯虽然亮了，但是和设计要求不符。于是我开始用万用表检查芯片，看芯片是否可是实现相应的功能，在检查的过程中我发现74161输出端的电压没有变化，因此猜测可能是芯片有损坏，于是我有更换了新的芯片，在换了芯片之后再次检测，我的电路基本实现了功能，唯一和设计不相吻合的就是在左移回来时，最左边的灯不灭就开始闪烁，于是我又开始了新一轮的查错，经过一点一点的排查，我发现是我在美化线路时误将一个非门的输出接到了其输入口，在改正错误后，我的电路终于实现了全部功能。

通过本次的课程设计，我不仅学会了彩灯控制系统的设计，还学会了排查电路的基本方法，在检查错误的过程中，我曾经以为是电路板的问题导致结果出不来，但老师说一般都不会是电路板的问题，建议我再检查一下电路的连接或者检查一下是不是芯片的问题，在老师的指导过后，我对芯片进行了进一步的检查，终于找到了错误，实现了设计功能。

经过这几天的“奋战”，我感受到了实现设计过程的艰辛，但是我的收获也是不少的，在今后的课程设计或者是实验中我应该学会去找自己电路中的问题，而不是将问题丢给老师去解决，同时我也应该更加的细心以减少不必要的错误。总结这次课程设计，我更加深入的明白了“一分耕耘，一分收获”的道理，在今后的学习道路上，我会更加的努力学习理论知识，并将它们很好的用在实践当中。

附录I：总原理图

附录II：multisim仿真图

附录III：元器件清单

附录IV：参考文献

《数字电子技术基础》

《数字电子技术实验指导书》

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