多路彩燈控制器課程設計

1、<p>　　數(shù)字電路課程設計報告書</p><p><b>　　——多路彩燈控制器</b></p><p>　　多路彩燈控制器的設計</p><p><b>　　一 實驗目的</b></p><p>　　進一步掌握數(shù)字電路課程所學的理論知識。</p><p>　　熟

2、悉幾種常用集成數(shù)字芯片，并掌握其工作原理，進一步學會使用其進行電路設計。</p><p>　　了解數(shù)字系統(tǒng)設計的基本思想和方法，學會科學分析和解決問題。</p><p>　　培養(yǎng)認真嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和實事求是的工作態(tài)度。</p><p><b>　　二 設計題目與思路</b></p><p>　　本次數(shù)字電路課程設計我選擇

3、的題目是“多路彩燈控制器”。</p><p>　　這個系統(tǒng)的主要功能是：</p><p>　　1.自動控制多路彩燈按預設的花型進行變換；</p><p>　　2.花型種類不少于三種，花型自擬；</p><p>　　3.分別用快慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型變換。</p><p>　　4.選作：用單片機實現(xiàn)，要求同上；</p&

4、gt;<p>　　用可編輯邏輯器件實現(xiàn)，要求同上。</p><p><b>　　三 使用元件</b></p><p>　　1.設計所需的元件：</p><p>　　74LS161（四位二進制同步計數(shù)器） ---------------------- 2個；</p><p>　　74LS194（移位寄存器）

5、 ------------------------------ 2個；</p><p>　　74LS74（雙D 觸發(fā)器） ------------------------------- 1個；</p><p>　　74LS00（四二輸入與非門） ---------------------------- 2個；</p><p>　　74LS04（六非門

6、） ------------------------------------ 1個；</p><p>　　發(fā)光二極管--------------------------------------------- 12個；</p><p>　　555 --------------------------------------------- 1個；</p><p&

7、gt;　　電容： 4.7μf ---------------------------------------------- 1個；</p><p>　　0．01μf ---------------------------------------------- 1個；</p><p>　　電阻 ： 150kΩ ------------------------------------

8、------------------------ 1個；</p><p>　　4.7kΩ --------------------------------------------- 1個；</p><p>　　33Ω ------------------------------------------------4個；</p><p><b>

9、;　　實驗板一個；</b></p><p><b>　　萬用表一個；</b></p><p><b>　　導線若干；</b></p><p><b>　　2．工具：</b></p><p><b>　　鉗子一個。</b></p>

10、<p>　　四 總體方案的設計與選擇</p><p><b>　　1．總體方案的設計</b></p><p>　　拿到題目后，經(jīng)過分析問題及初 步的整體思考，擬定以下二種方案：</p><p>　　方案一：總體電路共分三大塊。第一塊實現(xiàn)花型的演示；第二塊實現(xiàn)花型的控制及節(jié)拍控制；第三塊實現(xiàn)時鐘信號的產(chǎn)生。</p><

11、;p><b>　　主體框圖如下： </b></p><p>　　方案二：在方案一的基礎上將整體電路分為四塊。第一塊實現(xiàn)花型的演示；第二塊實現(xiàn)花型的控制；第三塊實現(xiàn)節(jié)拍控制；第四塊實現(xiàn)時鐘信號的產(chǎn)生。并在部分電路的設計上與方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。</p><p><b>　　主體框圖如下：</b></p>&

12、lt;p><b>　　2總體方案的選擇</b></p><p>　　方案一與方案二最大的不同就在，前者將花型控制與節(jié)拍控制兩種功能融合在一起，是考慮到只要計數(shù)器就可以實現(xiàn)其全部功能的原因，且原理相對簡單。如此設計，其優(yōu)點在于：設計思想比較簡單。元件種類使用少，且都較熟悉易于組裝電路。缺點則是：中間單元電路連線過于繁多，容易出錯。且可能出現(xiàn)線與關系。要避免這些，則勢必造成門電路使用過多。

13、導致電路不穩(wěn)定，抗干擾能力下降。而后者則將以上兩種功能分開設計，各單元電路只實現(xiàn)一種功能。其優(yōu)點在于：電路設計模塊化，易于檢查電路，對后面的電路組裝及電路調(diào)試帶來方便。缺點則是：節(jié)拍控制電路采用可編輯邏輯電路，原理相對復雜，不易理解?；ㄐ涂刂齐娐泛唵?，花型也比較簡單。</p><p>　　基于以上原因，加上為了確保短時間內(nèi)完成課程設計，我選擇了連線少，易于組裝和調(diào)試的方案二。</p><p&g

14、t;<b>　　五 單元電路的設計</b></p><p><b>　　設計花型</b></p><p>　　由二片移位寄存器194級聯(lián)實現(xiàn)。其八個輸出信號端連接八個發(fā)光二極管，用其輸出信號控制發(fā)光二級管的亮滅實現(xiàn)花型演示。</p><p><b>　　三種花型變換樣式</b></p>

15、<p>　　花型1：8路燈分兩半。從左至右漸亮，全亮后，再分兩半從左至右漸滅。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型2：從中間到兩邊對稱地逐次漸亮，全亮后仍由中間到兩邊逐次漸滅。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型3：從左至右順次漸亮。全亮后從左至右依次漸滅。循環(huán)兩次。</p><p>　　移存器輸出狀態(tài)編碼表</p><p>　　我

16、的設計是每種花型完整顯示兩遍，所以三種花型完全顯示一遍需要的總結(jié)拍數(shù)為64，即1~16顯示第一個花型，17~32顯示第二個花型，33~64顯示第三個花型。</p><p>　　要用194實現(xiàn)三個花型的連續(xù)顯示必須對兩片194的S1、S0和SL、SR一句節(jié)拍的變化進行相應的改變。現(xiàn)將兩片194分為低位片1和高位片2，再將其輸出端從低位到高位記為L1~L8。列出各花型和其對應的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號

17、及節(jié)拍控制信號列表如下：(用/Li表示Li的取非)</p><p>　　經(jīng)過分析可以得到控制194高低位片的左移右移變化的控制量。用QA~QH表示161從低位到高位的個輸出端。</p><p>　　控制結(jié)果表達式如下：</p><p>　　由二片移位寄存器194級聯(lián)實現(xiàn)。其八個輸出信號端連接八個發(fā)光二極管，用其輸出信號控制發(fā)光二級管的亮滅實現(xiàn)花型演示。</p&

18、gt;<p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　2．花型控制信號電路</p><p>　　由二片161級聯(lián)的模128（三種花型節(jié)拍每種顯示兩遍，再總體重復一遍的總節(jié)拍數(shù)）計數(shù)器。</p><p>　　161的級聯(lián)用的是同步，并用/QH清零。</p><p>　　當三種花型全新顯示一遍后（

19、總共64拍）161的輸出變?yōu)?0000100所以將161高位片的Q2（即QG）信號輸給節(jié)拍控制電路的151的A來通過節(jié)拍控制電路改變第二遍花型顯示的頻率。161的CP脈沖來自節(jié)拍控制電路中74的輸出端Y。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　　3．節(jié)拍控制電路</b></p><p>

20、;　　由一片151和一片74級聯(lián)實現(xiàn)。整體上實現(xiàn)脈沖頻率的變換，即交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍。</p><p>　　令74的Vcc，CLR，PR都接高電平，將/Q的輸出接到D端，Q端的輸出接到151的D1端。令151的D0,D2,D3,D4,D5,D6,D7,B,C,G’,GND接低電平，Vcc接高電平，D0接時鐘信號的CP脈沖，A端接由花型控制電路的QG輸出。</p><p>　　所以Y端的輸出就

21、為：Y=CP·/A+Q·A</p><p>　　(Q是74D觸發(fā)器的輸出端)由D觸發(fā)器具有記憶功能，記錄上一個狀態(tài)，所以在每一個CP脈沖的上升沿，Q輸出為上一次的記錄（即一個脈沖）。也就比時鐘信號電路的CP脈沖慢了一拍。</p><p>　　所以通過A為0或1選擇Y端輸出的脈沖的頻率。A端接的是161的高位片的QG即當?shù)竭_第64拍時QG為1接下來的65~128拍為變慢后

22、的脈沖輸出。</p><p><b>　　4．時鐘信號電路</b></p><p>　　由一片555加上適當電容及電阻實現(xiàn)。</p><p>　　電容?。?.7μf 0.01μf</p><p>　　電阻取：150 kΩ 4.7 kΩ</p><p><b>　　電路圖如下

23、：</b></p><p><b>　　六 總體電路圖</b></p><p>　　七 電路組裝、調(diào)試過程中遇到的問題及解決辦法</p><p>　　我的數(shù)字電路課程設計總共用了4天完成的，這4天每一天都有所收獲，都有所進步。第一天，去實驗室主要就是聽老師講一些使用注意事項等，并且選擇一個課題。選完課題老師就讓我們回去查質(zhì)料。第一天

24、就在查資料中度過。通過學習基本掌握了整個電路設計是由幾個模塊組成，以及各模塊的原理。第二第三天開始在電腦上進行電路仿真，一直到周四才基本完成電路死模塊的各自仿真，和整體電路仿真。周四開始電路連接連完時鐘電路后，滿以為會很成功，因為我的電路連得很簡潔。結(jié)果是加電后LED二極管居然常亮，檢查電路沒什么問題，我開始不知所措，于是去咨詢其他同學，發(fā)現(xiàn)好多同學都有和我一樣的問題，有同學說那可能是線的而問題，也可能是板子的問題，也可能是電容的正負極

25、插反了…不管是什么問題，一個個排除吧，直到周五最終發(fā)現(xiàn)是4.7μF電容連接短路導致二極管居然常亮。在周五到第二周周一一直在連接電路與檢查電路中度過。時常出現(xiàn)像錯接、漏接等錯誤。</p><p>　　在電路組裝過程中，遇到的最大問題是，起初考慮不周全，芯片分布不夠合理，出現(xiàn)了許多“特長線”。不但影響布線速度，而且也會給后來的調(diào)試帶來不必要的麻煩。當時已經(jīng)布線不少，不可能重新開始，再三權衡，最后只移動了一個芯片，問題

26、就得到了很大改善。其次就是布線，因為要求不準交叉，且橫平豎直，所以在保證連通的情況下，在布線上也下了不少工夫。</p><p>　　調(diào)試過程中，第一輪用萬用表歐姆檔測試，就遇了實驗板上有插孔不通的情況，導致芯片不能正常工作。相對于別的辦法，我選擇了導線顯式連通，因為其更明晰，更易實現(xiàn)。第二輪接電后，用萬用表的電壓檔測試單元電路的狀態(tài)。如：時鐘信號電路的信號是否正常產(chǎn)生，控制信號電路中的計數(shù)器能否正常計數(shù)，D觸發(fā)器

27、能否每22拍翻轉(zhuǎn)一次……最后在整體上測試一遍。</p><p>　　在調(diào)試過程中由于一些線路連接不夠結(jié)實，導致經(jīng)常前一時刻檢測完沒問題。之后卻無法正常工作。這讓我們的調(diào)試變得更難，對于這個問題我是采取部分電路檢測法。我從同學那借了一些發(fā)光二極管在555、74、151、161、194的每一個輸出端都接上了。這樣使得問題的范圍縮小了很多，更易于檢測電路。</p><p>　　還有就是芯片的好壞

28、問題。由于使用的器件中有一些是舊器件，好壞未知。在本次電路檢測中我就由于芯片問題走了很多的彎路。最后在換了片161后整個電路就正常工作起來了。</p><p><b>　　八 分析與心得</b></p><p>　　本次課程實習我雖然用了一個星期的時間就全部做完，但整個過程我都認真的完成了，而且從中收獲很多?？梢钥偨Y(jié)為以下的幾點：</p><p&g

29、t;　　1，對數(shù)字電路知識的鞏固與提高</p><p>　　這次課程設計主要是運用數(shù)字電路邏輯設計的一些相關知識，在整個實習過程中，都離不開對數(shù)字電路課程知識的再學習。提別是對這次電路設計過程中用的的器件：555、74、151、161、194有了更深的認知。以前是提到說到這些器件才會想起它的功能，現(xiàn)在卻可以再先到要實現(xiàn)其功能是舊能想到用這些器件。我覺得這是一種學與用的轉(zhuǎn)變。</p><p>

30、;　　2，學會了理論聯(lián)系實際</p><p>　　課程設計，通過選擇的題目，根據(jù)要求，運用所學知識將其付諸實踐來完成。這并不是在課堂上的單純聽懂，或者課后看書過程中的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實踐的能力。理論知識往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設論，而實際的動手操作則完全不同，需要考慮實際中的很多問題。有些知識在理論上可能完全沒錯但到了實際中則不然。比如在動筆做題時我們是不用考慮導線的電阻的，但在實際中，導線電

31、阻有時是會帶來時延造成花型變化的錯亂，所以我們應盡量在連接電路時選擇最短路徑。又如做題時線路可以交叉，但實際連接時，交叉電路會使得錯誤連接時改動困難。</p><p>　　3.和同學的互相協(xié)作共同進步</p><p>　　在實習中經(jīng)常會遇到一些自己可能暫時無法想明白的問題，請教同學或老師是很好的做法，節(jié)省時間也會從別人上上學到更多。在設計時和同學相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對問

32、題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的觀點、意見，其他人的設計一定有比你出色的地方，很好的借鑒，并在大家的商討中選擇最優(yōu)方案最終一定會得到最好的設計方法。此次電路設計過程中由于器件的限制，有些花型設計完成后會發(fā)現(xiàn)器材不過用。在我和龐娟的不斷探討和努力下，我們輕松的完成了花型的選擇工作。當我們完成花型選擇時，大部分的同學還在那獨自思考器材不夠的問題。</p><p><b>　　4.其他</b

33、></p><p>　　課程實習設計是開端，連接是關鍵，測試是必須。這次課程設計不僅僅使我的數(shù)字電路知識得到了鞏固與提高。更重要的是通過這次獨立自主的設計我擁有了面對困難的勇氣和敢于挑戰(zhàn)困難的毅力。讓我重拾丟失已久的信心，讓我心中再次燃起了愛拼才會贏的熊熊烈火。</p><p><b>　　九參考文獻。</b></p><p>　　<