八路彩燈課程設(shè)計(jì)八路彩燈控制器的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程：數(shù)字電路題目:八路彩燈控制器的設(shè)計(jì)院系：物理與電子信息學(xué)院專業(yè):2011級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)號(hào)：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(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)555定時(shí)電路組成多謝振蕩電路。整個(gè)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(gè)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(shí)電路一、設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)目的學(xué)會(huì)將一個(gè)實(shí)際情況抽象為邏輯電路的邏輯狀態(tài)的方法。掌握計(jì)數(shù)、譯碼、顯示綜合電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。掌握實(shí)際輸出電路不同要求的實(shí)現(xiàn)方法。1. 設(shè)計(jì)

2、任務(wù)八路彩示系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)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(shí)亮，時(shí)間為0.5秒，然后同時(shí)變暗，時(shí)間為0.5秒，反復(fù)4次。設(shè)計(jì)要求確定總體設(shè)計(jì)方案畫出總方框圖，確定各單元電路的功能，進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫出邏輯圖。選擇元器件型號(hào)。畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。寫出總結(jié)報(bào)告。2. 參考器件555定時(shí)器、計(jì)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(jì)思路根據(jù)課程設(shè)計(jì)課題要求，要實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)鐘

3、脈沖產(chǎn)生電路由74LS163分頻實(shí)現(xiàn)，循環(huán)控制電路由74LS163和74LS10實(shí)現(xiàn)，彩燈花樣輸出電路由74LS194和相關(guān)邏輯電路實(shí)現(xiàn)。三、總體設(shè)計(jì)原理基本原理由設(shè)計(jì)要求出發(fā)可知彩燈的三個(gè)節(jié)拍可以用移位寄存器74LS194實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制S0和S1實(shí)現(xiàn)右移、左移和送數(shù)，通過(guò)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(gè)20進(jìn)制的計(jì)數(shù)器控制循環(huán)。第三節(jié)拍時(shí)要求1秒內(nèi)全滅全亮各一次，故脈沖信號(hào)頻率比先前兩節(jié)拍時(shí)脈沖頻率要快一倍，而且要以相同頻率控制CLR?？梢杂靡粋€(gè)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，一路送到控制20進(jìn)制的計(jì)數(shù)

4、器，一路經(jīng)邏輯電路送到移位寄存器。設(shè)計(jì)框圖1. 總邏輯電路原理圖VCCVCC5V710AQABQBCQCDQDENPRCOENT-LOADCLR>CLK374163NU3AQABQBCQCDQDENPRCOENT-LOADCLR?CLK9.2T74163NU2AQABQBCQCDQDENPRCOENT-LOADCLR卜CLK143-12"11531592141311GND151474194N11X1X2X3X4VCC341514131413-42-F71074163NU4U6AQABQBCQCLDQDSLSRS0S1CLRCLK91072561AVCC1B4B1Y4A2A4Y2

5、B3B2Y3AGND3Y4LS09N6護(hù)ID13VC17U51AVCC1Y6A2A6Y2Y5A3A5Y3Y4AGND4Y74LS04NU8A74S10D2.5V2.5V。2.GND15'&GNDR217.4kQC1U7R11kQWCCc5VU927410uFT1AVCC1B4Bz1Y4A2A4Y2B3B2Y3AGND3YGN4LS32NU10AQABQBCQCDQDSLSRS0S1CLR"CLK103456152214131272今974194N18VcCRSTDISOUTTHRTRICONGND83761LM555CMGND/GNDVCC5VX10X502.5X9X

6、62.5VX7X802152.5232425四、各單元電路設(shè)計(jì)1時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路，其周期為:用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖(5-1)T=0.7(R1+2R2)C控制74LS163六十六計(jì)數(shù)器電阻值和電容值可設(shè)為:R1=1四，R2=17.4KQ,C=0.01F由公式（1-1）計(jì)算得：T=0.2506S2.多諧振蕩器用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖，控制74LS163模十六計(jì)數(shù)器，74LS163A輸出2倍T的脈沖信號(hào)，B輸出4倍T的脈沖信號(hào)，大約為1S。圖43.20進(jìn)制循環(huán)控制電路U3ATT7TTTJJn-2U2741W-ktGMD

7、IJ&liTFJHLJM2. 具體實(shí)現(xiàn)：如果模N計(jì)數(shù)器的計(jì)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(cè)N,當(dāng)N出現(xiàn)時(shí)，與非門輸出為低，用它控制清零端CLR,將計(jì)數(shù)器清零。此處工作狀態(tài)從0000010011,檢測(cè)10100（異步清零）。3. 彩燈花樣輸出電路：運(yùn)用到74LS194功能表輸入輸出功能/CRS1S0CPSLSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30XXXXxXXXX0000清零111XXd0d1d2d3d0d1d2d3送數(shù)101X1XXxx1Q0nQ1nQ2n右移110T0XXXXXQ1nQ2nQ3n0左移通過(guò)20進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端的E、D信號(hào)控制移位寄存器的S0

8、和S1及其CLR/端真值表CLK時(shí)間/s節(jié)拍QEQDS0S1SRSL74LS194動(dòng)作01Hz脈沖B1第一節(jié)拍00101*右移112001023001034001045001056001067001078001081HZ脈沖B9第二節(jié)拍0101*0左移09100101101101011112010112130101131401011415010115160101162Hz脈沖A17第三節(jié)拍1011*送1清零171011181810111910112019101121101122201011231011表2由上表得：S0=QEXS1=QE+QDCLR=(QE*A+QE)進(jìn)一步分析可知74LS19

9、4脈沖控制：CLK=(QE*A+QE)*QE+B五、實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)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(wàn)用表直流穩(wěn)壓電源示波器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器測(cè)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(wú)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(gè)功能模塊出了問題，用數(shù)字萬(wàn)用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)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(jì)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(jìn)制循環(huán)控制計(jì)數(shù)器沒正常工作，檢查是否正確接線，芯片是否功能完好

10、。特別注意不能把非門的輸入與輸出接反了。彩燈無(wú)規(guī)律變化：原因可能是20進(jìn)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(jì)數(shù)器的CP脈沖是否穩(wěn)定，看74LS161是否能計(jì)數(shù)，即Q、Q、Q、Qe是否周期性的高低電平變化，前面沒問題，再檢查與非門74LS20和非門74LS04是否能實(shí)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(shí)間彩燈不亮：原因可能是控制循環(huán)的20進(jìn)制計(jì)數(shù)器沒有正確接線，實(shí)際控制循環(huán)的進(jìn)制大于20進(jìn)制，導(dǎo)致有放空時(shí)間。應(yīng)該檢查3輸入與非門是否正常工作，確保能實(shí)現(xiàn)20進(jìn)制計(jì)數(shù)。六、總結(jié)實(shí)驗(yàn)問題與解決方法問題1:不了解面包板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不了解面包板的基本

11、使用方法和技巧；解決辦法：使用萬(wàn)用表的電阻檔檢查面包板的各個(gè)孔的連接關(guān)系，兩個(gè)孔之間沒有電阻或者電阻很小則說(shuō)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(gè)空不接兩條線，只能90度轉(zhuǎn)彎?？梢愿奖愕倪B線。為了加快使用技巧：一般條形面包板的兩側(cè)作為電源端和接地端,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(gè)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(wàn)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(shuō)明線路連通。問題三：怎么檢查每個(gè)芯片都工作？解決方法：用萬(wàn)用表的電壓檔檢查

12、每個(gè)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(gè)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=(QE*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(shuō)明了A沒問題；第二步：同樣的方法檢查QEQE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(shuō)明相與作用正常，問題發(fā)生在1b,1b=QE*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(dú)立出來(lái)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(shuō)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