華北電力大學(xué)數(shù)電彩燈設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))報(bào)告( 20 - 20 年度第 學(xué)期)名 稱： 電力電子綜合實(shí)驗(yàn) 題 目： 移位寄存器型彩燈控制器 院 系： 電氣與電子工程學(xué)院 班 級(jí)： 電氣1108 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 王方雨 指導(dǎo)教師： 劉向軍 設(shè)計(jì)周數(shù)： 1周 成 績： 日期： 2013 年 1 月 15 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)生的理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能，提高綜合運(yùn)用知識(shí)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

2、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(shí)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(shí)與實(shí)踐技能獨(dú)立完成一個(gè)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(cè)、圖表等有關(guān)文獻(xiàn)資料。要求通過獨(dú)立思考、深入鉆研綜合實(shí)驗(yàn)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(huì)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)

3、會(huì)撰寫綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)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。2、 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）正文 1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1)要求采用移位寄存器設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈控制器。三種變換花型： I. 花型1：8路彩燈從左至右順次漸亮，全亮后逆序漸滅；循環(huán)兩次。 Ii. 花型2：8路彩燈從中間到兩邊對(duì)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 Iii. 花型3：8路彩燈分兩半，從左

4、至右順次漸亮，全亮后則滅 循環(huán)三次。 2）三種花型先以慢節(jié)拍顯示一遍，再以快節(jié)拍顯示一遍2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 概要 本實(shí)驗(yàn)一共有快慢兩個(gè)節(jié)拍和128個(gè)狀態(tài)，8個(gè)彩燈，分為兩組，可以用兩 個(gè)74X194寄存器來控制。用二進(jìn)制分頻器和數(shù)據(jù)選擇器控制快慢節(jié)拍的選取，用兩個(gè)74x163數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成分頻電路和門電路來控制兩片194移位寄存器電路，從而控制8個(gè)彩燈的運(yùn)行。 2.2 原理框圖彩燈控制器以某種節(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。因此彩燈控制器需要一個(gè)能夠按一定規(guī)律輸出不同高低電平編碼信號(hào)的編碼發(fā)生器，同時(shí)還需要編發(fā)生器所要求的時(shí)序信號(hào)和控制信號(hào)

5、。由于實(shí)際應(yīng)用場合所帶彩燈可能是功率較大的白熾燈或其它，因此還需要一定的驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)驗(yàn)中因采用發(fā)光二極管或指示燈，故可省略驅(qū)動(dòng)電路。彩燈驅(qū)動(dòng)器編碼發(fā)生器控制電路 3. 設(shè)計(jì)思路 3.1 節(jié)拍控制電路三種花型循環(huán)一次需要的節(jié)拍數(shù)16*2+8*2+5*3=63個(gè)，再加上清“0”一64拍。三種花型若先以慢節(jié)拍顯示一遍，再以快節(jié)拍顯示一遍，這樣構(gòu)成一次大循環(huán)共需128節(jié)拍。以兩片163集成電路可以很好地解決這個(gè)問題，具體的分頻電路見圖一。CPL（慢）的1-32節(jié)拍顯示花型1，其中1-8節(jié)拍移位寄存器右移8位，9-16節(jié)拍移位寄存器左移8位，17-32節(jié)拍重復(fù)1-16節(jié)拍內(nèi)容。CPL（慢）的33-48節(jié)

6、拍顯示花型2，其中33-40節(jié)拍移位寄存器1左移，移位寄存器2右移，41-48節(jié)拍重復(fù)33-40節(jié)拍內(nèi)容。CPL（慢）的49-63節(jié)拍顯示花型3，其中49-53節(jié)拍2個(gè)移位寄存器右移，54-58、59-63節(jié)拍重復(fù)49-53節(jié)拍內(nèi)容。CPL（慢）的64節(jié)拍總清“0”。CPH（快）的64節(jié)拍與慢節(jié)拍顯示相同。因此，節(jié)拍控制電路需要產(chǎn)生8、16、32、64、128拍的節(jié)拍控制信號(hào)。節(jié)拍控制信號(hào)電路圖如下：圖一這部分電路可以封裝成一個(gè)子電路并命名為SIGNAL，集成器件如圖二所示： 圖二 圖三 圖四 圖五3.2 快慢節(jié)拍控制脈沖源使用元件庫中的脈沖源。CP7=0時(shí)，移位脈沖CP為慢節(jié)拍CPL；CP7

7、=1時(shí)，CP為快節(jié)拍CPH。所以能夠 選擇快慢節(jié)拍的移位脈沖CP的表達(dá)式為 CP7的周期為128節(jié)拍。各工作方式控制信號(hào)基本上是按 CP6（周期為64拍）的狀態(tài)來區(qū)分的。 節(jié)拍控制信號(hào)時(shí)序圖 如下： 得CP信號(hào)表達(dá)式為：3.3 編碼發(fā)生器使用兩片用四位雙向集成移位寄存器74X194作為控制信號(hào)的設(shè)計(jì)，分別記為寄存器1，寄存器2，輸出分別接八個(gè)彩燈，記為狀態(tài)QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG、QH，1表示亮燈，0表示滅燈 ：移位寄存器74X194的功能表如下CrS1S0CP功能0無無無異步清零100上升沿保持101上升沿右移110上升沿左移111上升沿預(yù)置根據(jù)移位寄存器194的功能表和CP

8、4,CP5,CP6的波形圖可得兩片194的S1與S0表達(dá)式，作如下分析： 花型1的時(shí)段可用CP6，表示；花型2的時(shí)段用CP6CP5，表示；花型3的時(shí)段用CP6CP5表示：1) 寄存器1 在花型1的時(shí)間段內(nèi)，CP4為1時(shí)左移（即S1=1），所以S1的信號(hào)波形應(yīng)與CP4相同；在花型2的時(shí)段內(nèi)，S1=1；在花型3的時(shí)段內(nèi)S1=0。可得在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，S1的表達(dá)式為： = 2) 寄存器2 花型1的時(shí)間段內(nèi)情況與寄存器1相同；花型2和花型3的時(shí)間段內(nèi)均為右移，S1=0?？傻肧1的表達(dá)式為： = 彩燈一次循環(huán)的狀態(tài)真值表節(jié)拍順序編碼花型1花型2花型30000000000000000000000000110

9、00000000011000100010002110000000011110011001100311100000011111101110111041111000011111111111111115111110001110011161111110011000011711111110100000018111111119111111101011111100111111100012111100001311100000141100000015100000000現(xiàn)以SL1為例，分析如下：SL1只有在寄存器1為左移的狀態(tài)下有效，因此只考慮左移情況下SL1的取值。花型1的一個(gè)循環(huán)過程中，寄存器1在916拍為左

10、移，且912拍為左移1，13-16拍為左移0。即SL在花型1的一個(gè)循環(huán)中9-12拍為1，1316拍為0。觀察912拍寄存器輸出的上一個(gè)狀態(tài)（811拍），和13-16拍寄存器輸出的上一個(gè)狀態(tài)（12-15拍），可以看到811拍QE都為1，1215拍QE都為0，因此，當(dāng)燈在花型1的時(shí)間段內(nèi)，SL1=EQ。同理，可得燈在花型2、花型3的時(shí)間段內(nèi)SL1=AQ。綜上所述，SL1的表達(dá)式即為： SR1、SL2、SR2的分析過程和SL1的相似，可以得到：3.4 清零電路1) 花型1和花型2自動(dòng)循環(huán)，寄存器無需做清零處理，花型3每5拍清零一次，即狀態(tài)為 時(shí)的下一拍要清零。由于寄存器為異步清零，因此要拿狀態(tài)的下一

11、個(gè)狀態(tài)來清零。此時(shí)寄存器處在右移狀態(tài)，SR1=1，SR2=CP6*QD+CP6*QH=0，即寄存器1為右移1寄存器2為右移0，得的下一個(gè)狀態(tài)為。寄存器低電位清零，觀察真值表可得花型3清零表達(dá)式為CLR1=CP6*CP5*QH*QE2） 三種花型運(yùn)行一遍清零。即在每64拍時(shí)寄存器做清零處理，此時(shí)計(jì)數(shù)器CP6CP1的狀態(tài)為： CLR2=CP6*CP5*CP4*CP3*CP2*CP1另外，CP6的微分也可實(shí)現(xiàn)該功能3) 系統(tǒng)總清零。設(shè)系統(tǒng)的清零信號(hào)為CLR3，1為對(duì)地支路開關(guān)斷開，0為開關(guān)合上。 只要上述三種情況出現(xiàn)一種，寄存器就要清零，因此去往寄存器的清零信號(hào)CLR的表達(dá)式：CLR=CLR1*CL

12、R2P*CLR3總清零電路圖為：圖六其封裝電路為圖五所示。 一號(hào)寄存器二號(hào)寄存器主電路4.總結(jié)與結(jié)論 本次實(shí)驗(yàn)利用了1個(gè)脈沖源，8個(gè)JK觸發(fā)器，2個(gè)74X194寄存器仿真了由8個(gè)彩燈組成的彩燈花式變換系統(tǒng)。這個(gè)課題貼近生活富有趣味，不僅檢驗(yàn)了我們的學(xué)習(xí)成果同時(shí)也鍛煉了我們應(yīng)用軟件的能力。 通過這次試驗(yàn)，讓我對(duì)數(shù)電知識(shí)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)了如何利用書本中的知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。同時(shí)，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(shí)序邏輯電路的應(yīng)用設(shè)計(jì)，讓我了解了分析問題時(shí)的方法和如何對(duì)一個(gè)綜合電路的設(shè)計(jì)步驟。 在進(jìn)行仿真運(yùn)行過程中也出現(xiàn)了不少問題和錯(cuò)誤，經(jīng)過仔細(xì)檢查和認(rèn)真思考后一步步完

13、善更正設(shè)計(jì)。最終得到比較滿意的結(jié)果，對(duì)Multisim這個(gè)軟件的使用也更加熟悉和了解。這讓我明白想想簡單的東西必須要經(jīng)過實(shí)踐才能知道是否真正完全掌握了，必須要經(jīng)過從動(dòng)腦到動(dòng)手再到動(dòng)腦的整個(gè)過程 5、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, 2008 2 董宏偉. 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.中國電力出版社.2001.1 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)，通過綜合實(shí)驗(yàn)鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能，提高綜合運(yùn)用知識(shí)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)

14、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(shí)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(shí)與實(shí)踐技能獨(dú)立完成一個(gè)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(cè)、圖表等有關(guān)文獻(xiàn)資料。要求通過獨(dú)立思考、深入鉆研綜合實(shí)驗(yàn)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(huì)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

15、、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(huì)撰寫綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)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(gè)既有學(xué)習(xí)價(jià)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。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(hào)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(hào)設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))內(nèi)容完成時(shí)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(bào)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(duì)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