四路彩灯显示电路2010

课 程 设 计

课程名称 课题名称 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师

2010 年？月？日

xxxxxxxxxx学院

课程设计任务书

课程名称： 数字电子技术

题 目：四路彩灯显示电路

专业班级：

学生姓名： 学号：

指导老师： 审 批：

任务书下达日期 2010 年 x 月 x 日 设计完成日期 2010 年 x 月 x 日

设计内容与设计要求 一、 任务与要求：

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用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，要求如下： 1、 开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。 2、 程序由三个节拍组成： 第一节拍时，四路输出Q1～Q4依次为1，使第一路彩灯先点亮，接着第二，第三，第四路彩灯点亮。第二节拍时，Q4～Q1依次为0，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。第三节拍时，Q1～Q4输出同时为1态0.5秒，然后同时为0态0.5秒，使四路彩灯同时点亮0.5秒然后同时灭0.5秒，共进行4次。每个节拍费时都为4秒，执行一次程序共需12秒 3、 用发光二极管显示彩灯系统的各节拍； 4、 功能扩展（自选） 二、设计要求： 1、 设计思路清晰，给出整体设计框图； 2、 设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件； 3、 总电路设计； 4、 计算机仿真 5、 安装调试电路； 6、 写出设计报告； 主要设计条件

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1. 提供直流稳压电源、示波器； 2. 提供 TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。 说明书格式 1、 课程设计封面； 2、 课程设计任务书； 3、 说明书目录； 4、 设计总体思路，基本原理和框图； 5、 单元电路设计（各单元电路图）； 6、 总电路设计（总电路图）； 7、 安装、调试步骤； 8、 故障分析与电路改进； 9、 总结与设计调试体会； 10、 附录（元器件清单）； 11、 参考文献； 12、 课程设计成绩评分表。 进 度 安 排

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第一周 星期一 上午 安排任务、讲课。 星期一 ～星期五上午 查资料、设计 第二周 1、 计算机仿真 2、 测试元器件 3、 调试单元电路 4、 调试总电路 5、 调试验收 6、 写课程设计报告书 星期五下午 答辩 地 点：？？？

第一章 系统组成及工作原理 ................................................................................................ 6 1.1 1.2 1.3

设计总体思路 ............................................................................................................ 6 基本原理 .................................................................................................................... 7 框图 ............................................................................................................................ 7

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第二章 单元电路设计 ............................................................................................................ 7 2.1

时钟脉冲产生电路 .................................................................................................... 8

2.1.1 具体实现 ............................................................................................................ 8 2.2 循环控制电路 ............................................................................................................ 9 2.2.1 具体实现： ...................................................................................................... 10 2.3 彩灯花样输出电路 .................................................................................................. 10 2.3.1 运用到74LS194功能表 ...................................................................................11 2.3.2 通过12进制计数器的输出端的C、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表 ........................................................................................................... 12 2.3.3 彩灯花样输出电路接线图 .............................................................................. 13

第三章 总电路设计 .............................................................................................................. 14 第四章 实验、调试及测试结果分析................................................................................... 15 4.1

结果的调试及分析 .................................................................................................. 15

4.1.1 调试使用的主要仪器: 数字万用表 直流稳压电源 示波器 函数信号发生器 15

4.1.2 测试电路的方法和技巧: ................................................................................ 15 4.2 调试中出现的故障、原因及排除方法： ............................................................... 15 4.2.1 彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样： .............................................. 15 4.2.2 彩灯无规律变化： .......................................................................................... 15 4.2.3 彩灯的四种花样都有，但一次循环结束到另一次循环开始中间有段时间彩灯不亮： 15

第五章 总结与设计调试体会 .............................................................................................. 16 第六章 附录 .......................................................................................................................... 17 6.1 6.2

元器件清单： .......................................................................................................... 17 参 考 文 献 .............................................................................................................. 17

第一章 系统组成及工作原理

1.1 设计总体思路

根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，

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循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。

1.2 基本原理

由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。由于程序循环一次要12秒，故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频率控制CLR’。可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。

1.3 框图

多 谐 振 荡 器 12进制循环控制器 16进制分频计数器 移位计数器74LS191 彩 灯 显 示 输 出 第二章 单元电路设计

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2.1 时钟脉冲产生电路

用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:

T=0.7(R1+2R2)C………………………(1-1)

控制74LS161模十六计数器电阻值和电容值可设为： R1=1KΩ ， R2=20KΩ ， C=0.01μF 由公式（1-1）计算得：T=0.287S

VCC5V

R1 1kohm8U14VCCRST

R27351kohm6DISOUT 2THRTRI555_VIRTUAL5 CONGNDC1 1 C20.01uF 10uF图２.１ 时钟电路

2.1.1 具体实现

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74LS161

用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,控制74LS161模十六计数器，74LS161A输出2倍T的脉冲信号；B输出4倍T的脉冲信号，大约为1S。

2.2 循环控制电路

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12进制循环控制电路示意图(74LS161由74163代替)

2.2.1 具体实现：

如果模N计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，那么N是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CR’，将计数器清零。此处工作状态从0000~1011，检测1100（异步清零）。

2.3 彩灯花样输出电路

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2.3.1 运用到74LS194功能表

输 入

/CS1 S0 CP SL

SR

D0 D1 D2 D3

输 出 Q0 Q1 Q2 Q3

功 能

R

0 × ×1 1 1 1 0 1 1

1

0

× × ↑ × ↑ × ↑

0

× d0 1 × × × ×d1 d2 × ×× ×× 0 d3 d0 × 1 × Q1

n

0

0

d1 d2 Q0Q1n n Q2Q3n

n

0 清

零

d3 送

数 Q2右 n 移 0 左

移

11

× × ×

2.3.2 通过12进制计数器的输出端的C、D信号控制移位寄存器

的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表 CLK 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 １ Ｈｚ脉冲 B 时间 ／Ｓ 1 2 3 4 ２ Ｈｚ 脉冲 A 节QD QC 拍 0 0 第0 0 一0 0 节0 0 拍 5 第0 1 6 二0 1 7 节0 1 8 拍 0 1 9 1 0 1 0 第10 三1 0 1 0 节11 拍 １ ０ １ ０ 12 １ ０ １ ０ S0 S1 SR SL 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 １ １ １ １ 0 0 0 0 1 1 1 1 1 * 74LS194 动作 * 右移1 0 左移0 1 1 1 1 １ * １ １ １ 送* 清 １ 零 由上表由： Ｓ０＝ＱＣ＇

Ｓ１＝ＱＤ＋ＱＣ CLR＇＝（ＱＤ*A+QD＇）

进一步分析可知７４ＬＳ１９４脉冲控制： ＣＬＫ＝（ＱＤ*A+QD＇）*ＱＤ+B

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2.3.3 彩灯花样输出电路接线图

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第三章 总电路设计

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第四章 实验、调试及测试结果分析

4.1 结果的调试及分析

4.1.1 调试使用的主要仪器: 数字万用表 直流稳压电源 示波器

函数信号发生器

4.1.2 测试电路的方法和技巧:

先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查

无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止 。

4.2 调试中出现的故障、原因及排除方法：

4.2.1 彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：

可能是移位计数器的S0，S1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。还可能是12进制循环控制计数器没正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。特别注意不能把非门的输入与输出接反了。

4.2.2 彩灯无规律变化：

原因可能是12进制循环控制电路不能产生符合要求的控制码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与非门74LS２０和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。

4.2.3 彩灯的四种花样都有，但一次循环结束到另一次循环开始

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中间有段时间彩灯不亮：

原因可能是控制循环的１２进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于１２进制，导致有放空时间。应该检查７４ＬＳ２０是否正常工作，确保能实现１２进制计数。

第五章 总结与设计调试体会

当完成这次课程设计后，感觉很有成就感，因为从电路设计到电路仿真，接线，测试都是自己独立完成。第一次真正体会到将所学知识运用到实践中的快乐，最终得到了完美的结果，但是最重要的是经历一次如此难忘的过程。

设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。

在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。学习吸收别人的长处是应该的，但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观点，并且努力去实现。这就是快乐的最大源泉。 在完成设计的过程中自己不断解决了一个个的难题，要通向最后的成功，绝不会一蹴而就，饭要一口一口地吃，路要一步一步地走，做事要踏实，实事求是，不能好高骛远。

在电路接线过程中，也出现了很多问题，问题多并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。

通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。这是一次获

益匪浅的实习。

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第六章 附录

6.1 元器件清单：

555定时器，模十六计数器74LS161， 与门74LS09，与非门74LS20，非门74LS04，或门74LS32。74LS194双向移位寄存器，发光二极管等。

6.2 参 考 文 献

《电子技术课程设计》 历雅萍、易映萍编 《电子技术课程设计指导》 彭介华、主编 高等教育出版社

《电子线路设计、实验、测试》 谢自美主编 华中理工出版社。

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电气与信息工程系课程设计评分表

项 目 设计方案的合理性与创造性 硬件制作或软件编程完成情况* 硬件制作测试或软件调试结果* 设计说明书质量 设计图纸质量 答辩汇报的条理性和独特见解 答辩中对所提问题的回答情况 完成任务情况 独立工作能力 组织纪律性（出勤率） 综合评分

指导教师签名：________________

评 价 日 期：________________

注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。

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