移位寄存器型彩燈控制器

1、課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))報告( 20 - 20 年度第 學(xué)期)名 稱：數(shù)字電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)題 目：移位寄存器型彩燈控制器院 系： 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)周數(shù)： 成 績： 日期： 年 月 日歡迎下載一、課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))的目的與要求1、目的2、要求二、設(shè)計(jì)框圖及電路系統(tǒng)概述1、理論原理框圖2、電路概述三、各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說明、參數(shù)計(jì)算1、節(jié)拍發(fā)生器2、控制信號產(chǎn)生電路3、花型產(chǎn)生器4、完整電路圖四、設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會五、參考文獻(xiàn)附錄（設(shè)計(jì)流程圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等）電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)任 務(wù) 書一、 目的與要求1.目的1.1綜合實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，

2、通過課程設(shè)計(jì)鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識與初步的專業(yè)技能，提高綜合運(yùn)用知識的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。1.2注重培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，掌握綜合實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容、步驟和方法。1.3培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達(dá)能力以及協(xié)作工作能力。1.4提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識和技能解決實(shí)際問題的能力及其基本工程素質(zhì)。2.要求2.1 能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)要求，綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識與實(shí)踐技能獨(dú)立完成一個設(shè)計(jì)課題。 2.2根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱手冊、圖表等有關(guān)文獻(xiàn)資料。要求通過獨(dú)立思考、深入鉆研課程設(shè)計(jì)中所遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。 2.3進(jìn)一

3、步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則。 2.4學(xué)會電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法。利用“觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷”的基本方法，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。 2.5學(xué)會撰寫綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)報告。 2.6通過綜合實(shí)驗(yàn)，逐步形成嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生樹立一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。要求學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中，堅(jiān)持勤儉節(jié)約的原則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭少損壞元件。 2.7在綜合實(shí)驗(yàn)過程中，要做到愛護(hù)公物、遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作、注意安全。二、 主要內(nèi)容共有8個既有學(xué)習(xí)價值又有一定的實(shí)用性和趣味性的設(shè)計(jì)課題，學(xué)生根據(jù)自身情況自由選擇其中之一。

4、1.移位寄存器型彩燈控制器2.智力競賽搶答器3.電子拔河游戲機(jī)4.交通信號燈控制器5.數(shù)字電子鐘6.電子密碼鎖7.電子秒表8.數(shù)字電子鐘（硬件）三、 進(jìn)度計(jì)劃序號設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))內(nèi)容完成時間備注1設(shè)計(jì)內(nèi)容講解、學(xué)習(xí)資料查找方法半天2發(fā)放材料、清點(diǎn)材料、熟悉各種元器件半天3查找資料、設(shè)計(jì)電路、繪制總體電路草圖1天4電路組裝并調(diào)試或在Multisim上繪制電路圖、仿真并調(diào)試2天5驗(yàn)收、撰寫實(shí)驗(yàn)報告1天四、 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）成果要求1.學(xué)生根據(jù)所選課題的任務(wù)、要求和條件進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)，通過論證與選擇，確定總體方案；然后對方案中單元電路進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算；最后畫出總體電路圖。2.預(yù)設(shè)計(jì)經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過后

5、，學(xué)生即可向?qū)嶒?yàn)室領(lǐng)取所需元器件等材料，在面包板上組裝、調(diào)試電路，使之達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。3.在Multisim軟件平臺上學(xué)生可直接設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。五、 考核方式綜合以下指標(biāo)評定課程設(shè)計(jì)總成績：優(yōu)、良、中、及格和不及格。1.設(shè)計(jì)方案的正確性與合理性；2.實(shí)驗(yàn)動手能力(安裝工藝水平、調(diào)試中分析解決問題的能力以及創(chuàng)新精神等)；3.總結(jié)報告；4.答辯情況(課題的論述和回答問題的情況)；5.設(shè)計(jì)過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、工作作風(fēng)和科學(xué)精神。學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師： 年 月 日一、課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))的目的與要求1.目的：1.1綜合實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過綜合實(shí)驗(yàn)鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的

6、理論知識與初步的專業(yè)技能，提高綜合運(yùn)用知識的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。1.2注重培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，掌握綜合實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容、步驟和方法。1.3培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達(dá)能力以及協(xié)作工作能力。1.4提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識和技能解決實(shí)際問題的能力及其基本工程素質(zhì)。2.要求：2.1采用移位寄存器設(shè)計(jì)一個彩燈控制器。2.2要求三種變換花型以某種節(jié)拍按一定規(guī)律改變彩燈的輸入電平值，控制彩燈的亮與滅，按預(yù)定規(guī)律顯示一定的花型?；ㄐ?：8路彩燈從左至右順次漸亮，全亮后逆序漸滅；循環(huán)兩次?；ㄐ?：8路彩燈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>

7、型3：8路彩燈分兩半，從左至右順次漸亮，全亮后則滅，循環(huán)三次。花型真值表如下： 節(jié)拍順序編碼 QA QB QC QD QE QF QG QH花型1(左右)花型2花型3 (左右) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 150 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 0 0 01 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1

8、 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 00 0 1 1 1 1 0 00 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 1 11 1 0 0 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 0 0 01 1 0 0 1 1 0 01 1 1 0 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1二、設(shè)計(jì)框圖及電路系統(tǒng)概述1.理論原理框圖彩燈控制器以某種節(jié)拍按一定規(guī)律改變彩

9、燈的輸入電平值，控制彩燈的亮與暗，按預(yù)定規(guī)律顯示一定的花型。因此彩燈控制器需要一個能按一定規(guī)律輸出不同高低電平編碼信號的編碼發(fā)生器，同是還需要編碼發(fā)生器所要求的時序信號和控制信號。彩燈控制器的原理框圖如圖所示?？刂齐娐肪幋a發(fā)生器彩燈定時器2.電路概述通過兩個16進(jìn)制計(jì)時器級聯(lián)組成一個產(chǎn)生128個節(jié)拍的節(jié)拍控制電路，再根據(jù)邏輯關(guān)系并連接合適的門電路與移位寄存器相連形成控制電路，移位寄存器的輸出端與彩燈相連產(chǎn)生相應(yīng)花型，用單刀雙擲開關(guān)構(gòu)成清零系統(tǒng)，設(shè)計(jì)框圖如下圖。清零系統(tǒng)節(jié)拍發(fā)生器控制信號產(chǎn)生電路花型產(chǎn)生電路三、各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說明、參數(shù)計(jì)算1節(jié)拍發(fā)生器根據(jù)題意，三種花型循環(huán)一次需要63

10、個節(jié)拍，再加上最后總清零的節(jié)拍一共是64個節(jié)拍，所以快慢兩種頻率各64拍，一共需要128節(jié)拍。根據(jù)計(jì)數(shù)器的分頻特性，采用2個16進(jìn)制的計(jì)數(shù)器級聯(lián)，各個端口分別為2分頻，4分頻，8分頻，16分頻，32分頻，64分頻，128分頻，最后一個端口用作清零信號。分頻部分：128分頻信號用作控制快慢節(jié)拍的信號，初始時，74LS161（U2）的QC端為低電平，經(jīng)反相器為高電平，通過邏輯電路可使低頻脈沖作用于計(jì)數(shù)器，64拍后QC變?yōu)楦唠娖?，此時高頻脈沖信號作用于計(jì)數(shù)器。清零部分：清零分兩部分，第一部分：開關(guān)控制的清零，開關(guān)接地時清零；第二部分：最后一個端口即256分頻信號控制的清零，每次大循環(huán)完畢清零一次。電

11、路圖如下：2控制信號產(chǎn)生電路以慢節(jié)拍為例，132節(jié)拍顯示花型1，其中18節(jié)拍移位寄存器左移8位，916節(jié)拍移位寄存器右移8位，1732節(jié)拍重復(fù)116節(jié)拍內(nèi)容。3348節(jié)拍顯示花型2，其中3340節(jié)拍移位寄存器1左移，移位寄存器2右移，4148節(jié)拍重復(fù)3340節(jié)拍內(nèi)容。4963節(jié)拍顯示花型3，其中4953節(jié)拍2個移位寄存器左移，5458、5963節(jié)拍重復(fù)4953節(jié)拍內(nèi)容。64節(jié)拍總清零74LS194的功能表功 能0異步清0100保持101右移110左移111預(yù)置 要實(shí)現(xiàn)上述花型顯示，關(guān)鍵是移位寄存器的功能控制端S0、S1和左移SL、右移SR的信號電平如何組織。 通過上面有關(guān)控制器部分的論述，將6

12、位二進(jìn)制數(shù)的輸出變量Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5作為組合邏輯電路的輸入，而寄存器的S0、S1、SL、SR作為組合邏輯電路的輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)了控制器對移位寄存器的控制。下表為控制器的慢節(jié)拍或快節(jié)拍的64個狀態(tài)與74LS194的控制信號的對應(yīng)關(guān)系： 控制器的狀態(tài)與74LS194芯片的控制信號對應(yīng)關(guān)系節(jié)拍移位寄存器74LS194（1）移位寄存器74LS194（2）片1控制移動的信號片2控制移動的信號14000000000011左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=058000100 000111左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=091

13、2001000 001011右移，右移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=0S0(2)=11316001100 001111右移，右移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=0S0(2)=11720010000 010011左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=02124010100 010111左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=02528011000 011011右移，右移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=0S0(2)=12932011100 011111右移，右移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=0S0(2

14、)100011右移，左移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=1S0(2)=03740100100 100111右移，左移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=1S0(2)=04144101000 101011右移，左移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=1S0(2)=04548101100 101111右移，左移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=1S0(2)=04952110000 110011左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=053110100清零清零CR(1)=0CR(2)=05457110101 11100

15、0左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=058111001清零清零CR(1)=0CR(2)=05962111010 111101左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=06364111110 111111清零清零CR(1)=0CR(2)=0真值表卡諾圖化簡=0000011110001111011111110000100000=0100011110001 111011111110000100000=1000011110000000010000110000100000=1100011110001 111011111111111101111化簡得

16、：= +卡諾圖化簡 =0000011110000000010000111111101111=0100011110000 000010000111111101111=1000011110001111011111111111101111=1100011110000 000011000110011100100化簡得： +卡諾圖化簡DSR(2)=000001111000××××01××××110000101111=010001111000××××01×××

17、;×110000101111=1000011110001111010000110000101111=110001111000× ×××01××××11××××10××××化簡得：卡諾圖化簡=0000011110001111011111110000100000=0100011110001 111011111110000100000=1000011110001111011111111111101111=1100011110001

18、111011111111111101111化簡得：卡諾圖化簡 =0000011110000000010000111111101111=0100011110000 000010000111111101111=1000011110000000010000110000100000=1100011110000 000011000110011100100化簡得： 卡諾圖化簡=000001111000000001111111××××10××××=0100011110000 00001111111××

19、5;×10××××=1100011110001111010000110000101111=100001111000111101×1111111××101×11化簡得：由真值表易知，故得所有表達(dá)式：= +根據(jù)上述式子通過相應(yīng)的門電路與移位寄存器的控制端口相連，采用邏輯門電路實(shí)現(xiàn)，如下圖所示：3花型產(chǎn)生器用兩片74X194的八路輸出端口分別與彩燈相連，即可產(chǎn)生相應(yīng)的花型，電路圖如下：4將上面三部分合并得到完整電路圖四、設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會1、本實(shí)驗(yàn)涉及的變量較多，在設(shè)計(jì)電路圖時，要學(xué)會從大方面到小方面進(jìn)行

20、分析，學(xué)會從部分到整體來分析電路。2、在設(shè)計(jì)電路圖時，每一步都要認(rèn)真思考，認(rèn)清各元件的功能。3、在設(shè)計(jì)電路圖時，要懂得利用身邊沒所有的元件來代替沒有的元件。4、由于應(yīng)用元件比較多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，每一步都要仔細(xì)認(rèn)真，分塊接線檢驗(yàn)，否則整個檢查十分困難，把握好每個模塊是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。尤其是連控制電路時，由于連線過多，容易出錯。5、連接完成后一定要認(rèn)真地從頭到尾測試一遍，看符不符合題設(shè)要求。6、通過這次試驗(yàn)，讓我對數(shù)電知識有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，學(xué)會了如何利用書本中的知識解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。同時，本次綜合實(shí)驗(yàn)綜合考察了組合邏輯電路、移位寄存器、時序邏輯電路的應(yīng)用設(shè)計(jì)，讓我了解了分析問題時的方法和如何對一個綜合電路的設(shè)計(jì)步驟。7、雖然在幾天的努力下完成彩燈控制電路的設(shè)計(jì)并仿真成功，但整個設(shè)計(jì)過程下來，覺的自己對各種元件的使用還不夠熟練，覺得以后要多動手做實(shí)驗(yàn)，已達(dá)到熟練地使用各種電子元件。五、參考文獻(xiàn)1 李月喬. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 中國電力出版社, 20082 李旭彥. 電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn).中國電力出版社.2010附錄（設(shè)計(jì)流程圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等）附錄1：彩燈控制器一次總循環(huán)的狀態(tài)列表時鐘周期的序號狀態(tài)Qh Qg QfQe Qd Qc Qb Qa時鐘周期的序號狀態(tài)Qh Qg QfQe Qd Qc Qb Qa初始狀態(tài)000000003300011000