數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)多路彩燈控制器

1、湖南工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程名稱: 數(shù) 字 電 子 技 術(shù)題 目: 多 路 彩 燈 控 制 器 專業(yè)班級(jí): 自動(dòng)化 0902 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)老師: 審 批:任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 2011年11月21日星期一設(shè)計(jì)完成日期 2011年12月02日星期五設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求一 設(shè)計(jì)內(nèi)容：用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并制作一個(gè)四路彩燈顯示系統(tǒng)，要求如下：1、 開(kāi)機(jī)自動(dòng)置入初始狀態(tài)后即能按規(guī)定的程序進(jìn)行循環(huán)顯示。2、 程序由三個(gè)節(jié)拍組成：第一節(jié)拍時(shí)，四路輸出q1q4依次為1，使第一路彩燈先點(diǎn)亮，接著第二，第三，第四路彩燈點(diǎn)亮。第二節(jié)拍時(shí)，q4q1依次為0，使第四路彩燈先滅，然后使第三，第二，第一路彩燈滅。第三節(jié)拍

2、時(shí)，q1q4輸出同時(shí)為1態(tài)1秒，然后同時(shí)為0態(tài)1秒，使四路彩燈同時(shí)點(diǎn)亮1秒然后同時(shí)滅1秒，共進(jìn)行2次。三個(gè)節(jié)拍共12秒。3、 用發(fā)光二極管顯示彩燈系統(tǒng)的各節(jié)拍；4、 功能擴(kuò)展（自選）二、設(shè)計(jì)要求：1、思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖和總電路圖；2、單元電路設(shè)計(jì)，給出具體設(shè)計(jì)思路和電路；3、寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告；主要設(shè)計(jì)條件1 提供調(diào)試用實(shí)驗(yàn)室；2 提供調(diào)試用實(shí)驗(yàn)箱和電路所需元件及芯片；進(jìn)度安排 第一周：星期一 上午 布置任務(wù)、講解 星期一 下午-星期四下午 查資料進(jìn)行設(shè)計(jì) 星期五 領(lǐng)元件 實(shí)驗(yàn)樓四樓電子實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)室） 第二周：星期一 下午-星期四下午 調(diào)試電路 星期五 答辯 參考文獻(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 周良權(quán)編

3、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 彭介華編電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 陳大欽編 目 錄第1章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)總體思路及基本原理51.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖71.3 系統(tǒng)總電路圖8第2章 單元電路設(shè)計(jì)92.1 分頻電路92.2 計(jì)數(shù)電路92.3 輸出電路102.4 移位寄存器功能表10第3章 安裝、調(diào)試步驟第4章 故障分析與電路改進(jìn)第5章 總結(jié)與體會(huì)附 錄元器件清單參 考 文 獻(xiàn) 第1章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)總體思路及基本原理本課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)多路彩燈控制器電路.該電路要求開(kāi)機(jī)自動(dòng)置入初始狀態(tài)后即能按規(guī)定的程序進(jìn)行循環(huán)顯示。程序由三個(gè)節(jié)拍組成：第一節(jié)拍時(shí)，四路輸出q1q4依次為1，使第一路彩燈先點(diǎn)亮，接

4、著第二，第三，第四路彩燈點(diǎn)亮。第二節(jié)拍時(shí)，q4q1依次為0，使第四路彩燈先滅，然后使第三，第二，第一路彩燈滅。第三節(jié)拍時(shí)，q1q4輸出同時(shí)為1態(tài)1秒，然后同時(shí)為0態(tài)1秒，使四路彩燈同時(shí)點(diǎn)亮1秒然后同時(shí)滅1秒，共進(jìn)行2次。三個(gè)節(jié)拍共12秒。并且要求用發(fā)光二極管顯示彩燈系統(tǒng)的各節(jié)拍。它主要由位移寄存器、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中位移寄存器和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，第一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器u3將秒脈沖信號(hào)二分頻輸出周期為兩秒的信號(hào)，第二個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器u3將秒脈沖信號(hào)四分頻輸出周期為四秒的信號(hào)。s0=1,s1=0時(shí)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)彩燈由左向右移依次點(diǎn)亮，s0=

5、0,s1=1時(shí)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)彩燈由右向左移依次熄滅，s0=1,s1=1時(shí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，這時(shí)由u5控制從位移寄存器q0q3輸入脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)彩燈實(shí)現(xiàn)全亮和全滅各兩次。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是系統(tǒng)的主要部分，它控制位移寄存器的工作，主要由組合邏輯電路組成。計(jì)數(shù)器部分，由于秒脈沖開(kāi)始給的脈沖周期時(shí)間都是一秒，故需要用計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，這里選用74ls161作為分頻芯片。74ls161芯片是二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，具有同步計(jì)數(shù)和異步清零的功能。由時(shí)序圖可以看出，若計(jì)數(shù)器脈沖為f,則q0,q1,q2,q3端輸出脈沖的頻率將依次為1/2f,1/4f,1/8f,1/16(針對(duì)計(jì)數(shù)器這種分頻功能，

6、也將它稱為分頻器)。當(dāng)rd=0時(shí)所有觸發(fā)器將同時(shí)被置零，而且指令操作不受其他輸入狀態(tài)影響。對(duì)于u3，從q1輸出信號(hào)，此時(shí)原來(lái)的信號(hào)被二分頻，對(duì)于u1，信號(hào)從q0,q1輸出，信號(hào)再次被二分頻和四分頻（即四秒和八秒之間相差四秒），在經(jīng)過(guò)u7（非門(mén)74sl00）,u9（或門(mén)74sl32）控制s0,s1(使其分別為so=0,s1=1;s0=1,s1=0;s0=1,s1=1;且分別維持四個(gè)秒脈沖)。當(dāng)so=1,s1=0時(shí)74sl194為右移工作狀態(tài)，通過(guò)輸入秒脈沖四個(gè)燈一次點(diǎn)亮，且維持四秒；當(dāng)so=0,s1=1時(shí)74sl194為左移工作狀態(tài)，通過(guò)輸入秒脈沖四個(gè)燈一次熄滅，且維持四秒；當(dāng)so=1,s1=1

7、時(shí)74sl194為并行輸入工作狀態(tài)，通過(guò)輸入秒脈沖四個(gè)燈實(shí)現(xiàn)全亮全滅，且維持四秒； 實(shí)現(xiàn)這些功能要用到的元器件包括移位用的74ls194和一些邏輯門(mén)。由于要計(jì)數(shù)四個(gè)狀態(tài)，應(yīng)選二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里選用74ls161。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖秒脈沖分頻器（二分頻）邏輯組合電路分頻器（四、八分頻）邏輯組合電路移位寄存器計(jì)數(shù)器邏輯組合電路led 彩 燈 顯 示圖1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖1.3系統(tǒng)總電路圖 圖1.3 系統(tǒng)總電路圖 第2章 單元電路設(shè)計(jì)2. 1分頻電路用兩個(gè)74sl161芯片讓原脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)分頻(接線圖如下)：2.2計(jì)數(shù)電路 計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)全亮和全滅(接線圖如下)： 2.3輸出電路通過(guò)邏輯組合電路實(shí)現(xiàn)第

8、一節(jié)拍時(shí)，四路輸出q1q4依次為1，使第一路彩燈先點(diǎn)亮，接著第二，第三，第四路彩燈點(diǎn)亮。第二節(jié)拍時(shí)，q4q1依次為0，使第四路彩燈先滅，然后使第三，第二，第一路彩燈滅。第三節(jié)拍時(shí)，q1q4輸出同時(shí)為1態(tài)1秒，然后同時(shí)為0態(tài)1秒，使四路彩燈同時(shí)點(diǎn)亮1秒然后同時(shí)滅1秒，共進(jìn)行2次。三個(gè)節(jié)拍共12秒。并且要求用發(fā)光二極管顯示彩燈系統(tǒng)的各節(jié)拍（接線如下）： 圖2.3 輸出電路2.4移位寄存器功能表rds1s0工作狀態(tài)0xx置零100保持101左移110右移111并行輸入 第3章 安裝、調(diào)試步驟第一，要對(duì)領(lǐng)取的元器件、導(dǎo)線、面包板、試驗(yàn)箱進(jìn)行仔細(xì)的觀察，熟悉面包板的構(gòu)造，熟悉箱子上的各種模塊的功能，比如

9、電源線、地線從哪里引出，脈沖信號(hào)在哪里，靜態(tài)led顯示如何接線等都需弄明白，還要檢查上述各個(gè)模塊有無(wú)損壞，損壞的地方需標(biāo)記以便以后連線時(shí)能提醒自己。第二，對(duì)所有的導(dǎo)線進(jìn)行檢測(cè)，剔除壞了的導(dǎo)線。對(duì)元件安裝的位置進(jìn)行編排，盡量使其合理化。再對(duì)元器件的好壞進(jìn)行檢測(cè)，元器件的好壞直接關(guān)系到調(diào)試是否成功。與同組成員進(jìn)行了分工，一個(gè)一個(gè)的檢測(cè)。檢測(cè)元器件時(shí)要靈活，才能提高效率。對(duì)于其他芯片如與門(mén)、與非門(mén)、或門(mén)、非門(mén)等檢測(cè)時(shí)更要加倍小心，必須檢測(cè)在各種輸入狀態(tài)下的輸出情況，才能保證檢測(cè)的可靠性，不然會(huì)對(duì)后面的安裝造成很大的干擾。若檢測(cè)到壞件需與好的分開(kāi)，并分別標(biāo)記清楚。第三，檢測(cè)完元器件后開(kāi)始安裝芯片及連線

10、，要按照先小模塊、后大模塊再整體的原則進(jìn)行安裝調(diào)試。首先安裝調(diào)試分頻電路，用兩塊74ls161（u3,u1）芯片加一塊74sl00（u8）級(jí)聯(lián)的方式組成，從74sl161(u3)脈沖接口輸入脈沖，由q1口輸出實(shí)現(xiàn)二分頻，接入74sl00以保證接下一個(gè)74sl161時(shí)為低電平輸入，由u1的q0,q1接口輸出實(shí)現(xiàn)四分頻和八分頻 ，再接入74sl04和74sl32實(shí)現(xiàn)對(duì)s1,s0的控制。然后接74sl194和led燈管，同時(shí)從非門(mén)u7和或門(mén)u9接出來(lái)接入一個(gè)與非門(mén)接入74sl00(u4) 再接入u1的load實(shí)現(xiàn)置數(shù)。再接一個(gè)74sl161作為計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)全滅和全亮，最后完善并檢查。 第四，確保電路可

11、以正確的實(shí)現(xiàn)所有的功能后，找老師檢查驗(yàn)收，之后就可以拆除芯片與導(dǎo)線了。整理好后再歸還。第4章 故障分析與電路改進(jìn)故障總是會(huì)出現(xiàn)的，不管仿真的有多么理想，不進(jìn)行實(shí)踐就不知道什么地方會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在本次安裝調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，導(dǎo)致電路不能順利的實(shí)現(xiàn)其功能。主要的問(wèn)題是線的插孔不能連接得很穩(wěn)定，很容易就掉出來(lái)，在接其他的線的時(shí)候就很容易把其他的線弄出來(lái)，為了把扯出的線插回原處，又要檢查一遍電路，花費(fèi)了很多時(shí)間。最后好不容易接好后，電路又不太穩(wěn)定，原因是接口松動(dòng)了。將接口都固定之后，電路穩(wěn)定了卻又出現(xiàn)了新的問(wèn)題，原來(lái)在仿真的時(shí)候低電平都可以懸空，但在接線的時(shí)候接地的都必須接地，只好又再找清楚每個(gè)元

12、器件的用法，那些該接地，哪些是輸出不要用的可以懸空。經(jīng)過(guò)幾遍的反復(fù)接線、拆線，終于成功的看到led燈在我希望的進(jìn)制下循環(huán)跳動(dòng)了，雖然不是很理想，不過(guò)還是很令人滿意的。只是擴(kuò)展功能還是沒(méi)能做出來(lái)，有點(diǎn)遺憾，通過(guò)實(shí)習(xí)我發(fā)現(xiàn)自己要學(xué)的東西太多了。第5章 總結(jié)與體會(huì)緊張而充實(shí)的兩周數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼就結(jié)束了，只有從開(kāi)始找資料到最后課題驗(yàn)收每個(gè)環(huán)節(jié)都認(rèn)真參與之后才能夠真正體會(huì)到它的意義和樂(lè)趣。這兩周來(lái)的生活和學(xué)習(xí)，我感覺(jué)收獲頗多，感受頗多。在康老師宣布課題的第一天，我就在腦海中構(gòu)思，要完成整個(gè)電路需分為哪幾個(gè)步驟，每一步又要完成哪些功能，怎么實(shí)現(xiàn)這些功能.一系列的問(wèn)題在腦海中徘徊，剛開(kāi)始簡(jiǎn)直是一頭霧水

13、，網(wǎng)上的資料也很有限，后來(lái)我還是在圖書(shū)館找兩本課程設(shè)計(jì)與綜合實(shí)踐的書(shū)，里面有關(guān)于交通燈的控制器的設(shè)計(jì)，從這些資料中我大概了解了設(shè)計(jì)的一點(diǎn)點(diǎn)思路，然后就與我們組其他幾個(gè)成員討論該怎么設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行分工每個(gè)人設(shè)計(jì)一個(gè)模塊。從前的學(xué)習(xí)過(guò)程過(guò)于浮淺，只是流于表面的理解，現(xiàn)在要做課程設(shè)計(jì)，就不得不要求我們對(duì)所用到的知識(shí)有更深層次的理解。因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)的內(nèi)容比及書(shū)本中的理論知識(shí)而言，更接近于現(xiàn)實(shí)生活，而理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化往往是一個(gè)艱難的過(guò)程，它猶如一只攔路虎，橫更在我的面前。但是我毫不畏懼，因?yàn)槲蚁嘈盼覀兡苄?。前幾天我們的任?wù)是設(shè)計(jì)出電路圖，進(jìn)行仿真，為了能按時(shí)完成安裝與調(diào)試任務(wù)，我們?cè)趧倓傞_(kāi)始幾天里通宵達(dá)旦

14、了好幾個(gè)晚上，一起討論，一起思考，這樣的過(guò)程好美好，團(tuán)隊(duì)合作精神深深的感染了我；由于我們的努力，很快我們把仿真圖做出來(lái)了。做好圖后我們領(lǐng)了試驗(yàn)箱、導(dǎo)線、元器件以及一些工具，我們開(kāi)始接線，第一次接線我們是對(duì)照原理圖，整個(gè)圖接完后再看調(diào)試的結(jié)果，顯示倒計(jì)時(shí)的電路也沒(méi)顯示，燈也不亮，由于這個(gè)電路的接線極其復(fù)雜，只要一根線出錯(cuò)就出不來(lái)結(jié)果，也不知那根先出了問(wèn)題，后來(lái)我們想到我們電路單元是分工設(shè)計(jì)的，于是，我們換了一種思維方式，一個(gè)單元接，接完一個(gè)調(diào)試一個(gè)，果然一下子效率提高了，沒(méi)過(guò)多久，顯示倒計(jì)時(shí)那塊一下子就搞定了，就這樣循序漸進(jìn)，我們把整個(gè)電路圖又接了一遍，面對(duì)著一而再再而三仍然存在問(wèn)題的電路，我們

15、相互鼓勵(lì)著對(duì)方。也許是為了能讓我們更多的掌握和加深吧，我們?cè)谡{(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，每天一睜眼看到躺在床下的電路就強(qiáng)打起精神爬起來(lái)，為的就是多些時(shí)間來(lái)調(diào)試。在整個(gè)過(guò)程中最能體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作精神，也是這種精神一直鼓舞我一直走下來(lái)的，這里面有過(guò)我們的失望、哀嘆，但更甚的是里面有我們探索的樂(lè)趣和成功的喜悅，我們注重的是過(guò)程。每當(dāng)檢查出一個(gè)小小的問(wèn)題我們都會(huì)興奮的要死，因?yàn)槲覀冇蛛x成功近了一步，大家都會(huì)以握手來(lái)表示我們的成功。但是，在最后一周調(diào)試檢查時(shí)我們出問(wèn)題了，可能是線松動(dòng)了，我們接了好久的線，眼看最后一步完成了，結(jié)果就要出來(lái)了，結(jié)果在接通電源燈 那一剎那，時(shí)間顯示器的順序循環(huán)動(dòng)都不動(dòng)了，那一刻，真

16、的很崩潰，心灰意冷了，可是沒(méi)辦法，人家好多人都接出來(lái)了，我們這一步?jīng)]走好，是沒(méi)成功，就必須得重來(lái)，于是我們倆又心狠的把線給拆了，重新接上，等正式接完都是一點(diǎn)了，我記得這時(shí)候?qū)嶒?yàn)室就剩三個(gè)人了，結(jié)伴下去，下面的門(mén)還鎖了，等了好久才被放出來(lái)，這可能也是以后我們引以為豪的一件事情。第二天上午，我們才把最后一步工作給做完，雖然結(jié)局不是很完美，但總算是自己扎扎實(shí)實(shí)給做的，多多少少還是有很多欣慰在里邊的。兩周的課程設(shè)計(jì)很快就過(guò)去了，其實(shí)在這兩周的收獲中，我認(rèn)為收獲最大的就是讓我們明白了，當(dāng)我們面對(duì)一個(gè)問(wèn)題時(shí)，知道了該怎么去分析問(wèn)題，然后解決問(wèn)題的方法。也是她讓我知道，任何一種小小的成績(jī)后面，也許就隱藏著許

17、許多多不為人的艱辛最讓我難忘的就是接線的時(shí)候，本以為自己設(shè)計(jì)的電路很完美，只要按照?qǐng)D接線就可以了，等我真正開(kāi)始動(dòng)手的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)一切都不是我想的那么簡(jiǎn)單，第一次接線時(shí)對(duì)各個(gè)芯片的管腳不清楚，一邊查資料，一邊接線，這樣不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且在線多的時(shí)候就亂了，這么多根導(dǎo)線把我搞得頭暈，只能拆了重接，第二次接線的時(shí)候發(fā)現(xiàn)許多導(dǎo)線接觸不良，于是又得一根一根認(rèn)真檢查，可是結(jié)果依然不盡人意，那跳動(dòng)的數(shù)字讓我不得不重新做，就這樣我又進(jìn)行了第三次，現(xiàn)實(shí)總是殘酷的。后來(lái)請(qǐng)教了成功的同學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，才知道要一個(gè)一個(gè)模塊做的，就這樣一次又一次地接線，檢查，改錯(cuò)，拆線，在接線，我在實(shí)驗(yàn)室整整待了1天，就連晚上，我都沒(méi)停止過(guò)，

18、當(dāng)我想放棄的時(shí)候，聽(tīng)到有同學(xué)在感嘆“這真的是考驗(yàn)我們耐性的時(shí)候啊”，我又堅(jiān)持了下去，直到成功為止，雖然擴(kuò)展部分我們沒(méi)有做，可我依然很快樂(lè)，我想到了痛并快樂(lè)著。這次實(shí)習(xí)就這樣結(jié)束了，不僅鞏固了書(shū)本知識(shí)，更鍛煉了自己的動(dòng)手能力，最重要的是要永不要言棄！附 錄元器件清單： 74ls194 1片74ls161 3片 74ls00 1片74ls04 1片74ls32 1片靜態(tài)led顯示 4個(gè)試驗(yàn)箱 1個(gè)面包板 1塊 導(dǎo)線 若干參 考 文 獻(xiàn)1電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試（第二版） 華中理工大學(xué)出版社-謝自美 主編2新型集成電路的應(yīng)用 華中理工大學(xué)出版社-梁宗善 主編3電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 高等教育出版社-陳大欽 主編4電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)高教出版社-彭介華 主編