八路彩燈課程設(shè)計八路彩燈控制器的設(shè)計

1、課程設(shè)計報告課 程: 數(shù)字電路題 目: 八路彩燈控制器的設(shè)計院 系: 物理與電子信息學(xué)院 專 業(yè): 2011級電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 20111302031姓 名: 李俊 完成日期: 2008 年 6 月 22 日 摘 要：本次八路彩燈電路的制作主要采用74LS194芯片接成扭環(huán)形結(jié)構(gòu)的移位寄存器來實現(xiàn)，通過555定時電路組成多謝振蕩電路。整個電路主要由移位寄存器、控制電路、脈沖發(fā)生器構(gòu)成8個彩燈的循環(huán)控制，并且可以組成多種花型。 關(guān)鍵詞： 控制 、循環(huán) 、555定時電路一、設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求1. 設(shè)計目的學(xué)會將一個實際情況抽象為邏輯電路的邏輯狀態(tài)的方法。掌握計數(shù)、譯碼、顯示綜

2、合電路的設(shè)計與調(diào)試方法。掌握實際輸出電路不同要求的實現(xiàn)方法。2.設(shè)計任務(wù) 八路彩示系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：八路彩燈從左向右逐次漸亮，間隔為1秒。八路彩燈從右向左逐次漸滅，間隔為1秒。八路彩燈同時亮，時間為0.5秒，然后同時變暗，時間為0.5秒，反復(fù)4次。3.設(shè)計要求確定總體設(shè)計方案畫出總方框圖，確定各單元電路的功能，進行單元電路的設(shè)計，畫出邏輯圖。選擇元器件型號。畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。進行電路調(diào)試，使其達到設(shè)計要求。寫出總結(jié)報告。4. 參考器件 555定時器、計數(shù)器、雙向移位寄存器、顯示譯碼管、數(shù)碼顯示管、發(fā)光二極管及一些門電路等。二、總體設(shè)計思路根據(jù)課程設(shè)計課題要求，

3、要實現(xiàn)本系統(tǒng)，需要設(shè)計時鐘脈沖產(chǎn)生電路，循環(huán)控制電路和彩燈花樣輸出電路。時鐘脈沖產(chǎn)生電路由74LS163分頻實現(xiàn)，循環(huán)控制電路由74LS163和74LS10實現(xiàn)，彩燈花樣輸出電路由74LS194和相關(guān)邏輯電路實現(xiàn)。三、總體設(shè)計原理1.基本原理由設(shè)計要求出發(fā)可知彩燈的三個節(jié)拍可以用移位寄存器74LS194實現(xiàn)，通過控制S0和S1實現(xiàn)右移、左移和送數(shù)，通過控制CLR控制清零。第一節(jié)拍為1右移，第二節(jié)拍為0左移，第三節(jié)拍全亮為置數(shù)1，全滅為清零。由于程序循環(huán)一次要20秒，故需要一個20進制的計數(shù)器控制循環(huán)。第三節(jié)拍時要求1秒內(nèi)全滅全亮各一次，故脈沖信號頻率比先前兩節(jié)拍時脈沖頻率要快一倍，而且要以相同

4、頻率控制CLR?？梢杂靡粋€16進制計數(shù)器產(chǎn)生脈沖信號，一路送到控制20進制的計數(shù)器，一路經(jīng)邏輯電路送到移位寄存器。2.設(shè)計框圖移位計數(shù)器74LS19420進制循環(huán)控制器多 諧 振 蕩 器彩 燈 顯 示 輸 出16進制分頻計數(shù)器 圖13.總邏輯電路原理圖 圖2四、各單元電路設(shè)計1時鐘脈沖產(chǎn)生電路用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,其周期為:T=0.7(R1+2R2)C(5-1)控制74LS163模十六計數(shù)器電阻值和電容值可設(shè)為：R1=1K ， R2=17.4K ， C=0.01F由公式（1-1）計算得：T=0.2506S 圖32.多諧振蕩器用555定時器構(gòu)成多諧振蕩

5、器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,控制74LS163模十六計數(shù)器，74LS163A輸出2倍T的脈沖信號，B輸出4倍T的脈沖信號，大約為1S。 圖43.20進制循環(huán)控制電路圖54.具體實現(xiàn)：如果模N計數(shù)器的計數(shù)序列從最小0到最大數(shù)N-1，那么N是多余的，可用與非門檢測N,當(dāng)N出現(xiàn)時，與非門輸出為低，用它控制清零端CLR，將計數(shù)器清零。此處工作狀態(tài)從0000010011，檢測10100（異步清零）。5.彩燈花樣輸出電路：運用到74LS194功能表輸 入輸 出功 能/CRS1S0CPSLSRD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q300000清 零111d0d1d2d3d0d1d2d3送 數(shù)

6、10111Q0nQ1nQ2n右 移1100Q1nQ2nQ3n0左 移 表1通過20進制計數(shù)器的輸出端的E、D信號控制移位寄存器的S0和S1及其端真值表CLK時間節(jié)拍QEQDS0S1SRSL74LS194動作0 脈沖B1 第一節(jié)拍00101*右移112001023001034001045001056001067001078001081HZ脈沖B9第二節(jié)拍0101*0左移0910010110110101111201011213010113140101141501011516010116脈沖A17第三節(jié)拍1011*送清零17101118181011191011201921222023表2由上表得：D

7、EDCLR（E*A+QE）進一步分析可知脈沖控制：（E*A+QE）*E+B五、實驗、調(diào)試及測試結(jié)果分析1結(jié)果的調(diào)試及分析調(diào)試使用的主要儀器: 數(shù)字萬用表 直流穩(wěn)壓電源 示波器 函數(shù)信號發(fā)生器測試電路的方法和技巧:先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據(jù)彩燈的變化情況，確定可能的原因，分析是哪個功能模塊出了問題，用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯誤，直到符合要求為止。2.調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：彩燈只有一種花樣變化，沒有其它的花樣：可能是移位計數(shù)器的S0，S1端控制出現(xiàn)問題，應(yīng)該檢查循環(huán)控制邏輯電路。還可能是20進制循環(huán)控制計數(shù)器沒正常工作，

8、檢查是否正確接線，芯片是否功能完好。特別注意不能把非門的輸入與輸出接反了。彩燈無規(guī)律變化：原因可能是20進制循環(huán)控制電路不能產(chǎn)生符合要求的控制碼，檢查模十六計數(shù)器的CP脈沖是否穩(wěn)定，看74LS161是否能計數(shù)，即QA、QB、QC、QD、 QE是否周期性的高低電平變化，前面沒問題，再檢查與非門74LS和非門74LS04是否能實現(xiàn)它們邏輯功能。彩燈的四種花樣都有，但一次循環(huán)結(jié)束到另一次循環(huán)開始中間有段時間彩燈不亮：原因可能是控制循環(huán)的20進制計數(shù)器沒有正確接線，實際控制循環(huán)的進制大于20進制，導(dǎo)致有放空時間。應(yīng)該檢查3輸入與非門是否正常工作，確保能實現(xiàn)20進制計數(shù)。六、總結(jié)實驗問題與解決方法問題1

9、:不了解面包板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不了解面包板的基本使用方法和技巧；解決辦法：使用萬用表的電阻檔檢查面包板的各個孔的連接關(guān)系，兩個孔之間沒有電阻或者電阻很小則說明內(nèi)孔相連；查找面包板的使用資料，學(xué)習(xí)基本使用方法?；臼褂梅绞且话悴伙w線，不相交，一個空不接兩條線，只能90度轉(zhuǎn)彎。使用技巧：一般條形面包板的兩側(cè)作為電源端和接地端，可以更方便的連線。為了加快和更準(zhǔn)確的連接各器件的端口，可以先使用面包板的紙質(zhì)圖紙，在紙上先把各個器件排布好，模擬連線，所有線模擬好在看圖連線， 問題二：線路復(fù)雜，檢查困難。解決方法：只用萬用表的電阻檔，兩表筆接在相應(yīng)的端口上，電阻很小或者沒有電阻，這說明線路連通。問題三：怎么檢查

10、每個芯片都工作？解決方法：用萬用表的電壓檔檢查每個芯片的電源端是否有vcc一樣的電壓，接地端是否都接地了，實驗圖上部分芯片并沒有標(biāo)注電源端和地端的接口，要自行加上。用led去檢查輸入輸出端是否有相應(yīng)的響應(yīng)，例如輸入端是5赫茲的脈沖，接上led后應(yīng)該是每秒閃爍五次，如果現(xiàn)象不對應(yīng)該檢查脈沖輸出的芯片，用相同的方法檢車脈沖部分，如此類推。問題四：八個彩燈只漸亮和漸滅，之后就是常亮4秒，不符合閃爍4次的規(guī)則。解決方法：第一步：閃爍是由clr端控制的，CLR（E*A+QE），彩燈逐漸滅后，QE為1，所以CLR=A，把led插在A端，檢查A是否為2赫茲的脈沖，led的確每秒閃爍兩次，說明了A沒問題；第二

11、步：同樣的方法檢查QE，QE也正常，在檢查起反相作用的74ls04n的1y輸出端，1y為0，74ls09n故沒問題；第三步檢查起相加作用的74ls32n的1a，1b，1y，發(fā)現(xiàn)1y=0,1a=o，1b=0，這說明相與作用正常，問題發(fā)生在1b，1b=E*A，應(yīng)該是0和1交替出現(xiàn)，所以問題必定在相與的芯片上，即為74ls09n；第四步，檢查74ls09的輸出端，沒有輸出，檢查連線也正確，懷疑是芯片有問題。把芯片獨立出來檢查芯片功能，芯片沒有相與功能，可能是芯片損壞，更換芯片，更換后也沒有相與功能，說明74ls09n不能完成相與功能，解決方法是找替代芯片。經(jīng)查找，74ls08與74ls09功能一致，引腳排布一致，可替換。更換以后有了閃爍的現(xiàn)象；問題五:有時有現(xiàn)象，有時沒有，懷疑是接觸不