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文檔簡介
1、 課 程 設(shè) 計課程名稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計課題名稱 四路彩燈顯示系統(tǒng) 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電氣0781班 學(xué) 號 200713010110 姓 名 指導(dǎo)教師 趙振興 2010 年 1 月10日湖南工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 課程名稱: 數(shù)字電子技術(shù) 題 目:四路彩燈顯示系統(tǒng) 專業(yè)班級: 電氣0781 學(xué)生姓名: 學(xué)號: 10 指導(dǎo)老師: 趙振興 審 批:任務(wù)書下達(dá)日期 2010 年 1 月 4 日設(shè)計完成日期 2010 年 1 月 10 日設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求 一、 任務(wù)與要求:用中規(guī)模集成電路設(shè)計并制作一個四路彩燈顯示系統(tǒng),要求如下:開機(jī)自動置入初始狀態(tài)后即能按規(guī)定的程序進(jìn)行循
2、環(huán)顯示。程序由三個節(jié)拍組成:第一節(jié)拍時,四路輸出Q1Q4依次為1,使第一路彩燈先點(diǎn)亮,接著第二,第三,第四路彩燈點(diǎn)亮。第二節(jié)拍時,Q4Q1依次為0,使第四路彩燈先滅,然后使第三,第二,第一路彩燈滅。第三節(jié)拍時,Q1Q4輸出同時為1態(tài)0.5秒,然后同時為0態(tài)0.5秒,使四路彩燈同時點(diǎn)亮0.5秒然后同時滅0.5秒,共進(jìn)行4次。每個節(jié)拍費(fèi)時都為4秒,執(zhí)行一次程序共需12秒用發(fā)光二極管顯示彩燈系統(tǒng)的各節(jié)拍;功能擴(kuò)展(自選)二、設(shè)計要求:設(shè)計思路清晰,給出整體設(shè)計框圖;設(shè)計各單元電路,給出具體設(shè)計思路、電路器件;總電路設(shè)計;計算機(jī)仿真安裝調(diào)試電路;寫出設(shè)計報告;主要設(shè)計條件提供直流穩(wěn)壓電源、示波器; 提
3、供 TTL集成電路芯片、電阻、電容及插接用面包板、導(dǎo)線等。說明書格式課程設(shè)計封面;課程設(shè)計任務(wù)書;說明書目錄;設(shè)計總體思路,基本原理和框圖;單元電路設(shè)計(各單元電路圖);總電路設(shè)計(總電路圖);安裝、調(diào)試步驟;故障分析與電路改進(jìn);總結(jié)與設(shè)計調(diào)試體會;附錄(元器件清單);參考文獻(xiàn);課程設(shè)計成績評分表。進(jìn) 度 安 排 第一周 星期一 上午 安排任務(wù)、講課。 星期一 星期五上午 查資料、設(shè)計第二周計算機(jī)仿真測試元器件調(diào)試單元電路調(diào)試總電路調(diào)試驗(yàn)收寫課程設(shè)計報告書 星期五下午 答辯地 點(diǎn):實(shí)驗(yàn)樓四樓 電子綜合實(shí)驗(yàn)室 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc251268935 第
4、一章系統(tǒng)組成及工作原理 PAGEREF _Toc251268935 h 7 HYPERLINK l _Toc251268936 設(shè)計總體思路 PAGEREF _Toc251268936 h 7 HYPERLINK l _Toc251268937 基本原理 PAGEREF _Toc251268937 h 8 HYPERLINK l _Toc251268938 框圖 PAGEREF _Toc251268938 h 8 HYPERLINK l _Toc251268939 第二章單元電路設(shè)計 PAGEREF _Toc251268939 h 8 HYPERLINK l _Toc251268940 時鐘脈
5、沖產(chǎn)生電路 PAGEREF _Toc251268940 h 9 HYPERLINK l _Toc251268941 具體實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc251268941 h 9 HYPERLINK l _Toc251268942 循環(huán)控制電路 PAGEREF _Toc251268942 h 10 HYPERLINK l _Toc251268943 具體實(shí)現(xiàn): PAGEREF _Toc251268943 h 11 HYPERLINK l _Toc251268944 彩燈花樣輸出電路 PAGEREF _Toc251268944 h 11 HYPERLINK l _Toc251268945 運(yùn)用到7
6、4LS194功能表 PAGEREF _Toc251268945 h 12 HYPERLINK l _Toc251268946 通過12進(jìn)制計數(shù)器的輸出端的C、D信號控制移位寄存器的S0和S1及其端真值表 PAGEREF _Toc251268946 h 13 HYPERLINK l _Toc251268947 彩燈花樣輸出電路接線圖 PAGEREF _Toc251268947 h 14 HYPERLINK l _Toc251268948 第三章總電路設(shè)計 PAGEREF _Toc251268948 h 15 HYPERLINK l _Toc251268949 第四章實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測試結(jié)果分析 PA
7、GEREF _Toc251268949 h 16 HYPERLINK l _Toc251268950 結(jié)果的調(diào)試及分析 PAGEREF _Toc251268950 h 16 HYPERLINK l _Toc251268951 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 PAGEREF _Toc251268951 h 16 HYPERLINK l _Toc251268952 測試電路的方法和技巧: PAGEREF _Toc251268952 h 16 HYPERLINK l _Toc251268953 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法: PAGEREF _Toc251
8、268953 h 16 HYPERLINK l _Toc251268954 彩燈只有一種花樣變化,沒有其它的花樣: PAGEREF _Toc251268954 h 16 HYPERLINK l _Toc251268955 彩燈無規(guī)律變化: PAGEREF _Toc251268955 h 16 HYPERLINK l _Toc251268956 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: PAGEREF _Toc251268956 h 16 HYPERLINK l _Toc251268957 第五章總結(jié)與設(shè)計調(diào)試體會 PAGEREF _Toc251268957 h
9、17 HYPERLINK l _Toc251268958 第六章附錄 PAGEREF _Toc251268958 h 18 HYPERLINK l _Toc251268959 元器件清單: PAGEREF _Toc251268959 h 18 HYPERLINK l _Toc251268960 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc251268960 h 18系統(tǒng)組成及工作原理設(shè)計總體思路根據(jù)課程設(shè)計課題要求,要實(shí)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74LS161分頻實(shí)現(xiàn),循環(huán)控制電路由74LS161和7420實(shí)現(xiàn),彩燈花樣輸出電路由74LS
10、194和相關(guān)邏輯電路實(shí)現(xiàn)?;驹碛稍O(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(shí)現(xiàn),通過控制S0和S1實(shí)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12秒,故需要一個12進(jìn)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,而且要以相同頻率控制CLR。可以用一個16進(jìn)制計數(shù)器產(chǎn)生脈沖信號,一路送到控制12進(jìn)制的計數(shù)器,一路經(jīng)邏輯電路送到移位寄存器??驁D移位計數(shù)器74LS19112進(jìn)制循環(huán)控制器多 諧 振 蕩 器彩 燈 顯 示 輸 出16進(jìn)制
11、分頻計數(shù)器單元電路設(shè)計時鐘脈沖產(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(1-1)控制74LS161模十六計數(shù)器電阻值和電容值可設(shè)為:R1=1K , R2=20KF由公式(1圖. 時鐘電路具體實(shí)現(xiàn) 74LS161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,控制74LS161模十六計數(shù)器,74LS161A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。循環(huán)控制電路 12進(jìn)制循環(huán)控制電路示意圖(74LS161由74163代替)具體實(shí)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
12、,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CR,將計數(shù)器清零。此處工作狀態(tài)從00001011,檢測1100(異步清零)。彩燈花樣輸出電路運(yùn)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)10111Q0nQ1nQ2n右 移1100Q1nQ2nQ3n0左 移通過12進(jìn)制計數(shù)器的輸出端的C、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QDQCS0S1SRSL74LS194動作0脈沖B1第一節(jié)拍00101*右移112001023001034001
13、045第二節(jié)拍0101*0左移05601016701017801018脈沖A9第三節(jié)拍1011*送清零9101110101011111011121113141215由上表由:CLR(*A+QD)進(jìn)一步分析可知脈沖控制:(*A+QD)*+B彩燈花樣輸出電路接線圖總電路設(shè)計實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測試結(jié)果分析結(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
14、。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12進(jìn)制循環(huán)控制計數(shù)器沒正常工作,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12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(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)開始中間有段時間彩燈不亮:原因可能
15、是控制循環(huán)的進(jìn)制計數(shù)器沒有真確接線,實(shí)際控制循環(huán)的進(jìn)制大于進(jìn)制,導(dǎo)致有放空時間。應(yīng)該檢查是否正常工作,確保能實(shí)現(xiàn)進(jìn)制計數(shù)??偨Y(jié)與設(shè)計調(diào)試體會當(dāng)完成這次課程設(shè)計后,感覺很有成就感,因?yàn)閺碾娐吩O(shè)計到電路仿真,接線,測試都是自己獨(dú)立完成。第一次真正體會到將所學(xué)知識運(yùn)用到實(shí)踐中的快樂,最終得到了完美的結(jié)果,但是最重要的是經(jīng)歷一次如此難忘的過程。設(shè)計電路最重要的是思路要清晰,一旦有了自己的思路就應(yīng)該有層次有條理的探索下去,只要堅持自己的觀點(diǎn)和判斷,就一定能實(shí)現(xiàn),即便最后發(fā)現(xiàn)走進(jìn)了死胡同,但是探索設(shè)想與求證的過程卻是通往另一條道路必不可少的環(huán)節(jié)。在完成這次設(shè)計的過程中,我也有參考相關(guān)的設(shè)計課題,甚至還花了
16、很長的時間去弄清楚別人的設(shè)計,以至于后來被束縛住,對自己的設(shè)計沒有了頭緒。學(xué)習(xí)吸收別人的長處是應(yīng)該的,但是不能完全沉浸進(jìn)去,要有自己的思路和觀點(diǎn),并且努力去實(shí)現(xiàn)。這就是快樂的最大源泉。在完成設(shè)計的過程中自己不斷解決了一個個的難題,要通向最后的成功,絕不會一蹴而就,飯要一口一口地吃,路要一步一步地走,做事要踏實(shí),實(shí)事求是,不能好高騖遠(yuǎn)。在電路接線過程中,也出現(xiàn)了很多問題,問題多并不可怕,可怕的是在反復(fù)的受挫中沒有革新,不能改進(jìn)自己的方法和思路。通過這次課程設(shè)計,我對電子技術(shù)中的諸多知識有了更深層次的理解,也初步學(xué)會了如何將理論知識有機(jī)地與實(shí)際結(jié)合加以運(yùn)用。這是一次獲益匪淺的實(shí)習(xí)。附錄元器件清單:555定時器,模十六計數(shù)器74LS161, 與門74LS09,與非門74LS20,非門74LS04,或門74LS32。74LS194雙向移位寄存器,發(fā)光二極管等。參 考 文 獻(xiàn)電子技術(shù)課程設(shè)計歷雅萍、易映萍編電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo) 彭介華、主編 高等教育出版社電子線路設(shè)計、實(shí)驗(yàn)、測試 謝自美主編華中理工出
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