数电课程设计_八路彩灯控制器

湖南工程学院

课程设计

课程名称电子技术课程设计

课题名称彩灯控制器

专业电气工程及其自动化

班级 1102

学号 0210

姓名郭昕

指导教师田莉

2013年 12月 27日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称：电子技术课程设计

题目：多功能数字钟电路

专业班级：电气1102

学生姓名：郭昕学号：0210

指导老师：田莉

审批：田莉

任务书下达日期 2013年 12月 16日

设计完成日期 2013年 12月 27日

目录

一课程设计题目（与实习目的）.................. 错误!未定义书签。（一）、题目：多路彩灯控制器.................... 错误!未定义书签。（二）、实习目的：................................ 错误!未定义书签。二总体方案的选择................................ 错误!未定义书签。（1）总体方案的设计 ............................. 错误!未定义书签。（2）总体方案的选择 ............................. 错误!未定义书签。三单元电路的设计................................ 错误!未定义书签。（1）花型演示电路................................ 错误!未定义书签。（2）花型控制信号电路........................... 错误!未定义书签。（3）节拍控制电路................................ 错误!未定义书签。（4）时钟信号电路原理图......................... 错误!未定义书签。四总体电路图（见附页）......................... 错误!未定义书签。五电路组装后，实际测量的各个单元电路的输入、输出信号波形错误!未定义书签。

六安装、调试过程................................ 错误!未定义书签。七故障分析与电路改进........................... 错误!未定义书签。（一）、巩固数电知识 ............................. 错误!未定义书签。（二）、学会用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；错误!未定义书签。

（三）、和同学共同合作、互相学习、共同进步.... 错误!未定义书签。八总结：......................................... 错误!未定义书签。九附录（元器件清单）：.......................... 错误!未定义书签。十参考文献。.................................... 错误!未定义书签。

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．数点课程实验是大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会，增强动手实践的能力。

二总体方案的选择

（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；第三块实现时钟信号的产生。

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：

根据所提供的实验器材各模块总体思路如下：

时钟信号CP 电路：参见高等教育出版社 王淑银主编的《数字电路与逻辑设计》课本P404图10-3-6（a ）;

花型控制电路：由1614位二进制同步计数器完成；

花型演示电路：由195 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）； 时钟信号CP 花型控制电

路 花型演示电

节拍控制电路：节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。

（2）总体方案的选择

方案一与方案二最大的不同就在，方案一是基于基本要求而设计的，方案二加入了节拍的变化，花型控制电路和花型演示电路的CP都是节拍控制之后的CP。

两种方案的基本思路相同，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。

由于在设计的构想时期，已经确定将电路模块化，设计的过程中又已经将节拍控制电路设计出来，通过仿真软件也实现了设计要求——分频。方案二同时完成了选做的要求，只要确保每一模块实现其功能方案二并不难也不复杂，为了确保短时间内完成课程设计和高效率，我选择了方案二。

三单元电路的设计

（1）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。

移存器输出状态编码表

我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1~16显示第一个花型，17~32显示第二个花型，33~64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,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。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L1~L8。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)

列出卡诺图分析 194低位片

SL=^L8

S1=Q B . ^ Q A

SR=^L8

SL=^ ( Q A . ^Q B )

194高位片

SL=X

SR=^ Q B . L4+ Q B .^L8

S1=0

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Q A 、Q B 和本身输出端L4和^L8控制。用去Q A —Q D 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161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Q

2（即Q

G

）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74LS151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B,C,G~,GND,D2~D7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=CP·^A+Q·A

(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QC即当到达第64拍时QC为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。

电路图如下:

（4）时钟信号电路原理图

由一片555加上适当电容及电阻实现。电容取：μfμf

电阻取：150 kΩkΩ

电路图如下：

四总体电路图（见附页）

注:由于仿真画图时芯片复杂，CP产生电路产生用电源代替（已试验，可以等效）。

五电路组装后，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即Q

A ---Q

H

)

花型一：

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