移位寄存器型彩燈控制器

1、課程設計（綜合實驗）報告（20 - 20 年度第學期）名稱：數(shù)字電子技術綜合實驗題目：移位寄存器型彩燈控制器院 系：班 級：學 號：學生：指導教師：設計周數(shù)：成 績：日期:一、課程設計（綜合實驗）的目的與要求1、目的2、要求二、設計框圖及電路系統(tǒng)概述1、理論原理框圖2、電路概述三、各單元電路的設計方案及原理說明、參數(shù)計算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、設計、安裝及調(diào)試中的體會五、參考文獻附錄（設計流程圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等）電子技術綜合實驗任務書一、目的與要求1. 目的1.1綜合實驗是教學中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過課程設計鞏固、深化和擴展學生的理 論知識與初步

2、的專業(yè)技能，提高綜合運用知識的能力，逐步增強實際工程訓練。1.2注重培養(yǎng)學生正確的設計思想，掌握綜合實驗的主要容、步驟和方法。1.3培養(yǎng)學生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達能力以及協(xié)作工作能力。1.4提高學生運用所學的理論知識和技能解決實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)設計任務和指標要求，綜合運用電子技術課程中所學到的理論知識與實踐 技能獨立完成一個設計課題。2.2 根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱手冊、圖表等有關文獻資料。要求通過獨立思考、 深入鉆研課程設計中所遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。2.3 進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的

3、原則。2.4 學會電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握常用儀器設備的正確使用方法。利用“觀察、 判斷、實驗、再判斷”的基本方法，解決實驗中出現(xiàn)的問題。2.5 學會撰寫綜合實驗總結報告。2.6 通過綜合實驗，逐步形成嚴肅認真、一絲不茍、實事的工作作風和科學態(tài)度，培養(yǎng) 學生樹立一定的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點。要求學生在設計過程中，堅持勤儉節(jié)約的 原則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭少損壞元件。2.7 在綜合實驗過程中，要做到愛護公物、遵守紀律、團結協(xié)作、注意安全。共有8個既有學習價值又有一定的實用性和趣味性的設計課題，學生根據(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

4、子拔河游戲機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）進度計劃序號設計（實驗）容完成時間備注1設計容講解、學習資料查找方法半天2發(fā)放材料、清點材料、熟悉各種元器件半天3查找資料、設計電路、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驗收、撰寫實驗報告1天四、設計（實驗）成果要求1. 學生根據(jù)所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定總體方案；然后對方案中單元電路進行選擇和設計計算；最后畫出總體電路圖。2. 預設計經(jīng)指導教師審查通過后，學生即可向?qū)嶒炇翌I取所需元器件等材料，在面包

5、板 上組裝、調(diào)試電路，使之達到設計指標要求。3. 在Multisim 軟件平臺上學生可直接設計、仿真和實現(xiàn)，直至達到設計要求。 五、考核方式綜合以下指標評定課程設計總成績：優(yōu)、良、中、及格和不及格。1. 設計方案的正確性與合理性；2. 實驗動手能力（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. 總結報告；4. 答辯情況（課題的論述和回答問題的情況）；5. 設計過程中的學習態(tài)度、工作作風和科學精神。學生：指導教師:年 月曰一、課程設計（綜合實驗）的目的與要求1. 目的：1.1綜合實驗是教學中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過綜合實驗鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步 的專業(yè)技能，提高綜合

6、運用知識的能力，逐步增強實際工程訓練。1.2注重培養(yǎng)學生正確的設計思想，掌握綜合實驗的主要容、步驟和方法。1.3培養(yǎng)學生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達能力以及協(xié)作工作能力。1.4提高學生運用所學的理論知識和技能解決實際問題的能力及其基本工程素質(zhì)。2. 要求：2.1采用移位寄存器設計一個彩燈控制器。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，按預定規(guī)律顯示一定的花型。 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?；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。花型3： 8路彩燈分兩半，從左

7、至右順次漸亮，全亮后則滅，循環(huán)三次?；ㄐ驼嬷当砣缦拢汗?jié)拍 順序編碼 QA QB QC QD QE QF QG QH花型1（左t右）花型2花型3 （左t右）00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 011 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 01 0 0 0 1 0 0 021 1 0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 1 0 01 1 0 0 1 1 0 031 1 1 0 0 0 0 00 1 1 1 1 1 1 01 1 1 0 1 1 1 041 1 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1

8、1 1 1 151 1 1 1 1 0 0 01 1 1 0 0 1 1 161 1 1 1 1 1 0 01 1 0 0 0 0 1 171 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0 0 0 0 181 1 1 1 1 1 1 191 1 1 1 1 1 1 0101 1 1 1 1 1 0 0111 1 1 1 1 0 0 0121 1 1 1 0 0 0 0131 1 1 0 0 0 0 0141 1 0 0 0 0 0 0151 0 0 0 0 0 0 0二、設計框圖及電路系統(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)律改變彩燈的輸入電平值，控制彩燈的亮與暗，按預定規(guī)律顯示一定

9、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。定時器_-控制電路編碼發(fā)生器彩燈2. 電路概述通過兩個16進制計時器級聯(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)生相應花型，用單刀雙擲開 關構成清零系統(tǒng)，設計框圖如下圖。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、各單元電路的設計方案及原理說明、參數(shù)計算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個節(jié)拍，再加上最后總清零的節(jié)拍一共是64個

10、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)計數(shù)器的分頻特性，采用2個16進制的計數(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數(shù)器，64拍后QC變?yōu)楦唠娖?，此時高頻脈沖信號作用于計數(shù)器。清零部分：清零分兩部分，第一部分：開關控制的清零，開關接地時清零；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。電路圖如下：$1uw :|>74

11、LSMDU4BT41 S161D741 S1&1D-:TCC:口丹firn2 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116節(jié)拍容。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3340節(jié)拍容。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4953節(jié)拍容。64節(jié)拍總清零74LS194的功能表C7S1SOCP功能0XXX異步清0i00保持i01右移i10左移i11f預置要實現(xiàn)上述花型顯示，關鍵是移位寄存器的

12、功能控制端SO、S1和左移SL、右移SR的信號電平如何組織。通過上面有關控制器部分的論述，將6位二進制數(shù)的輸出變量 QO Q1、Q2、Q3 Q4、Q5作為組合邏輯電路的輸入，而寄存器的SO、S1、SL、SR作為組合邏輯電路的輸出，這樣就實現(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的控制信號的對應關系：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)

13、=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=0912001000 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，

14、S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=0S0(2)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)

15、=0CR(2)=05457110101 111000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真值表節(jié)拍計數(shù)器的狀態(tài)控制器的輸出信號QQQQQQS1(2)S0(2)DSL(2)DSR(21S1(1)S0(1)DSL(1)DSR(1)數(shù)543210101X100X2000001101X100X3000010101X100X4000011101X100

16、X5 :0001 :00101X101X6000101101X101X7000110101X101X8000111101X101X900100001X101X010 :0010 :0101X101X0 :1100101001X101X0120 1010 11101X101X01300110001X001X01400110101X001X015 :0 :011 :100 n1X001 :X01600111101X001X017 I0 1100 100101X10 10100X19010010101X100X20 :0 :100 :111 n01X100X21010100

17、101X101X22 I0101 I01101X10 I1X23010110101X101X24010111101X101X25 :0 :110 :000 n1X101 :X02601100101X101X027 I0110 I1001X101X02801101101X101X02901110001X001X03001110101X001X03101111001X001X03201111101X001X03310000001X1101X節(jié) 拍計數(shù)器的狀態(tài)控制器的輸出信號QQQQQQS1(2)S0(2)DSL(2)DSR(2)S1(1)S0(1)DSL(1)DSR(1數(shù)514321001X101

18、Xq3510001001X1101X3610001101X1101X3710010001X0100X3810010101X0100X391 :0011 :001X000X4010011101X0100X4110100001X1101X4210100101X1101X4310101001X1101X4410101 :101X1p01X4510110001X0100X461 I0110 I101X0I100X4710111001X0100X4810111101X0100X49110000101X101X501 ：1000：1101X01X511 I1001 I0101X01X52110011101

19、X101X5311010011XX11XX54110101101X101X551 :1011 101 :01X01X56110111101X101X57111000101X101X5811100111XX11XX59111010101X101X60111011101X101X61111100101X101X62111101101X101X6311111011XX11XX6411111111XX11XX卡諾圖化簡S1(2)=0000011110001111011111110000100000=0100011110001111011111110000100000=10000111100000000

20、10000110000100000=1100011110001111011111111111101111卡諾圖化簡S0（2）=0000011110000000010000111111101111=0100011110000000010000111111101111=1000011110001111011111111111101111=1100011110000000011000110011100100卡諾圖化簡DSr(2)=000001111000XXXX01XXXX110000101111=010001111000XXXX01XXXX110000101111=1000011110001111

21、010000110000101111=110001111000XXXX01XXXX11XXXX10XXXX卡諾圖化簡s1(1)=0000011110001111011111110000100000=0100011110001111011111110000100000=1000011110001111011111111111101111=1100011110001111011111111111101111卡諾圖化簡S0=0000011110000000010000111111101111=0100011110000000010000111111101111=1000011110000000010

22、000110000100000=1100011110000000011000110011100100卡諾圖化簡DSL0001111000000001111111XXXX10XXXX=00=010001111000000001111111XXXX10XXXX=1100011110001111010000110000101111=100001111000111101X1111111XX101X11由真值表易知 DSl（2）=1 , DS（i）故得所有表達式：S1(2) = Q5 Q 3 +Q5 Q4S0(2)Q 5 Q3Q5 Q4Q3 Q2 Qi QoQ3Q2Q1 + Q5 Q3 Q2 Q1 Q0

23、DsL(2)=1DSR(2) =Q2S1Q3 Q 5So(1)Q5Q3 Q5Q4Q3Q2Q1Q0 Q4Q3 Q2 Q1 QoQ4Q3Q2QDSL(1)Q5Q2 Q5Q4 Q5Q2D SR(1)0根據(jù)上述式子通過相應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)生相應的花型，電路圖如下:AlK真耳陽！撾M4將上面三部分合并得到完整電路圖'!> 'il lfbLikiBHU2d_nc-i_1 -r aL四、設計、安裝及調(diào)試中的體會1、本實驗涉及的變量較多，在設計電路圖時，要學會從大方面

24、到小方面進行分析，學會從部分到整體來分析電路。2、在設計電路圖時，每一步都要認真思考，認清各元件的功能。3、在設計電路圖時，要懂得利用身邊沒所有的元件來代替沒有的元件。4、由于應用元件比較多，結構較為復雜，每一步都要仔細認真，分塊接線檢驗，否則整個檢查十 分困難，把握好每個模塊是實驗的關鍵。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真地從頭到尾測試一遍，看符不符合題設要求。6、通過這次試驗，讓我對數(shù)電知識有了更進一步的認識，學會了如何利用書本中的知識解決現(xiàn)實生活中的問題。同時，本次綜合實驗綜合考察了組合邏輯電路、移位寄存器、時序邏輯電路的應用設計,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計步驟。7、雖然在幾天的努力下完成彩燈控制電路的設計并仿真成功，但整個設計過程下來，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驗，已達到熟練地使用各種電子元件。五、參考文獻1 月喬數(shù)字電子技術基礎中國電力，20082 旭彥電子技術綜合實驗中國電