多路彩燈控制器數(shù)字電路

.../XXXX學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書——多路彩燈控制器學(xué)院名稱：XXXX學(xué)生姓名：xx〔班內(nèi)專業(yè)名稱：XXX班級(jí)：08xx實(shí)習(xí)時(shí)間：20xx年6月21日—20xx年7月2日多路彩燈控制器的設(shè)計(jì)一課程設(shè)計(jì)題目〔1題目：多路彩燈控制器〔2實(shí)習(xí)目的：1．進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)。2．熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片,并掌握其工作原理,進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。3．了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法,學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問題。4．培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。5．作為課程實(shí)驗(yàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)的過度,課程設(shè)計(jì)為兩者提供了一個(gè)橋梁。二任務(wù)和要求實(shí)現(xiàn)彩燈控制的方法很多,如EPROM編程、RAM編程、單板機(jī)、單片機(jī)等,都可以組成大型彩燈控制系統(tǒng)。因?yàn)楸敬螌?shí)習(xí)要求設(shè)計(jì)的彩燈路數(shù)較少,且花型變換較為簡(jiǎn)單,故采用移位寄存器型彩燈控制電路?！?彩燈控制器設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)8路移存型彩燈控制器,要求：1.彩燈實(shí)現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的變換；2.8路彩燈能演示三種花型；3.彩燈用發(fā)光二極管LED模擬；〔2課程設(shè)計(jì)的總體要求1．設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)題目要求；2．電路在功能相當(dāng)?shù)那闆r下設(shè)計(jì)越簡(jiǎn)單越好；3.注意布線,要直角連接,選最短路徑,不要相互交叉；4.注意用電安全,所加電壓不能太高,以免燒壞芯片和面包板。三總體方案的選擇〔1總體方案的設(shè)計(jì)針對(duì)題目設(shè)計(jì)要求,經(jīng)過分析與思考,擬定以下二種方案：方案一：總體電路共分三大塊。第一塊實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生；第二塊實(shí)現(xiàn)花型的控制及節(jié)拍控制；第三塊實(shí)現(xiàn)花型的演示。主體框圖如下：方案二：在方案一的基礎(chǔ)上將整體電路分為四塊。第一塊實(shí)現(xiàn)花型的演示；第二塊實(shí)現(xiàn)花型的控制；第三塊實(shí)現(xiàn)節(jié)拍控制；第四塊實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生。并在部分電路的設(shè)計(jì)上與方案一采用了完全不同的方法,如花型的控制。主體框圖如下：〔2總體方案的選擇方案一與方案二最大的不同就在,前者將花型控制與節(jié)拍控制兩種功能融合在一起,是考慮到只要計(jì)數(shù)器就可以實(shí)現(xiàn)其全部功能的原因,且原理相對(duì)簡(jiǎn)單。這樣設(shè)計(jì),其優(yōu)點(diǎn)在于：設(shè)計(jì)思想比較簡(jiǎn)單。元件種類使用少,且都較熟悉易于組裝電路。缺點(diǎn)則是：中間單元電路連線過于繁多,容易出錯(cuò)。且可能出現(xiàn)線與關(guān)系。要避免這些,則勢(shì)必造成門電路使用過多。導(dǎo)致電路不穩(wěn)定,抗干擾能力下降。而后者則將以上兩種功能分開設(shè)計(jì),各單元電路只實(shí)現(xiàn)一種功能。其優(yōu)點(diǎn)在于：電路設(shè)計(jì)模塊化,易于檢查電路,對(duì)后面的電路組裝及電路調(diào)試帶來(lái)方便。缺點(diǎn)則是：節(jié)拍控制電路采用可編輯邏輯電路,原理相對(duì)復(fù)雜,不易理解。花型控制電路簡(jiǎn)單,花型也比較簡(jiǎn)單。基于以上原因,加上為了確保短時(shí)間內(nèi)完成課程設(shè)計(jì),我選擇了連線少,易于組裝和調(diào)試的方案二。四單元電路的設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)所使用的元件及工具：74LS161〔四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器——2個(gè)；74LS194〔移位寄存器——2個(gè)；74LS151〔八選一數(shù)據(jù)選擇器——1個(gè)；74LS74〔雙D觸發(fā)器——1個(gè)；74LS20〔雙四輸入與非門——3個(gè)；74LS04〔六非門——2個(gè)；發(fā)光二極管——8個(gè)；定時(shí)器555——1個(gè)；電容：4.7μf——1個(gè)；0．01μf——1個(gè)；電阻：150kΩ——1個(gè)；100Ω——1個(gè)；4.7kΩ——1個(gè)；實(shí)驗(yàn)板一個(gè)；萬(wàn)用表一個(gè)；鉗子一個(gè)；導(dǎo)線若干。2.各個(gè)單元電路〔1花型演示電路由二片移位寄存器194級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。其八個(gè)輸出信號(hào)端連接八個(gè)發(fā)光二極管,用其輸出信號(hào)控制發(fā)光二級(jí)管的亮滅實(shí)現(xiàn)花型演示。三種花型變換樣式花型1：8路燈分兩半。從左至右漸亮,全亮后,再分兩半從左至右漸滅。循環(huán)兩次；花型2：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；花型3：從左至右順次漸亮。全亮后逆序漸滅。循環(huán)兩次。移存器輸出狀態(tài)編碼表我的設(shè)計(jì)是每種花型完整顯示兩遍,所以三種花型完全顯示一遍需要的總結(jié)拍數(shù)為64,即1~16顯示第一個(gè)花型,17~32顯示第二個(gè)花型,33~64顯示第三個(gè)花型。要用194實(shí)現(xiàn)三個(gè)花型的連續(xù)顯示必須對(duì)兩片194的S1、S0和SL、SR一句節(jié)拍的變化進(jìn)行相應(yīng)的改變。現(xiàn)將兩片194分為低位片1和高位片2,再將其輸出端從低位到高位記為L(zhǎng)1~L8。列出各花型和其對(duì)應(yīng)的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號(hào)及節(jié)拍控制信號(hào)列表如下：<用^Li表示Li的取非>經(jīng)過分析可以得到控制194高低位片的左移右移變化的控制量。用QA~QH表示161從低位到高位的個(gè)輸出端?？刂平Y(jié)果表達(dá)式如下：電路圖如下：〔2花型控制信號(hào)電路由二片161級(jí)聯(lián)的模128〔三種花型節(jié)拍每種顯示兩遍,再總體重復(fù)一遍的總節(jié)拍數(shù)計(jì)數(shù)器。161的級(jí)聯(lián)用的是同步,并用^QH清零。當(dāng)三種花型全新顯示一遍后〔總共64拍161的輸出變?yōu)?0000100所以將161高位片的Q2〔即QG信號(hào)輸給節(jié)拍控制電路的151的A來(lái)通過節(jié)拍控制電路改變第二遍花型顯示的頻率。161的CP脈沖來(lái)自節(jié)拍控制電路中74的輸出端Y。電路圖如下：〔3節(jié)拍控制電路由一片151和一片74級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。整體上實(shí)現(xiàn)脈沖頻率的變換,即交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍。令74的Vcc,CLR,PR都接高電平,將^Q的輸出接到D端,Q端的輸出接到151的D1端。令151的D0,D2,D3,D4,D5,D6,D7,B,C,G’,GND接低電平,Vcc接高電平,D0接時(shí)鐘信號(hào)的CP脈沖,A端接由花型控制電路的QG輸出。所以Y端的輸出就為：Y=CP·^A+Q·A<Q是74D觸發(fā)器的輸出端>由D觸發(fā)器具有記憶功能,記錄上一個(gè)狀態(tài),所以在每一個(gè)CP脈沖的上升沿,Q輸出為上一次的記錄〔即一個(gè)脈沖。也就比時(shí)鐘信號(hào)電路的CP脈沖慢了一拍。所以通過A為0或1選擇Y端輸出的脈沖的頻率。A端接的是161的高位片的QG即當(dāng)?shù)竭_(dá)第64拍時(shí)QG為1接下來(lái)的65~128拍為變慢后的脈沖輸出。電路圖如下:〔4時(shí)鐘信號(hào)電路由一片555加上適當(dāng)電容及電阻實(shí)現(xiàn)。電容取：4.7μf0.01μf電阻?。?50kΩ4.7kΩ電路圖如下：五總體電路圖六電路組裝完成后,實(shí)際測(cè)量的各個(gè)單元電路的輸入、輸出信號(hào)波形1．基本CP脈沖產(chǎn)生電路波形圖與分頻電路波形圖2.測(cè)試波形:<列依次為CP脈沖,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D>花型一：花型二：花型三：七電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決的方法。在兩周的課程設(shè)計(jì)過程中,最重要的是要設(shè)計(jì)出一個(gè)好的原理圖,以節(jié)省時(shí)間和元器件為原則,用盡量少的器件實(shí)現(xiàn)所要求的功能。一個(gè)好的設(shè)計(jì)必須進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),這樣的設(shè)計(jì)思路對(duì)以后錯(cuò)誤的排查,系統(tǒng)整體的維護(hù)都有至關(guān)重要的作用。問題最多的是電路板的連接。在連接電路板的過程中,芯片的擺放成為了一個(gè)重點(diǎn)。因?yàn)樾酒瑪[放不好,連線會(huì)出現(xiàn)交叉現(xiàn)象,既影響美觀,又容易對(duì)實(shí)際電路產(chǎn)生影響,可以按照事先做好的各個(gè)模塊逐個(gè)連接、排錯(cuò),通過這種方式獲得較好的電路布局,也利于檢查,大大減少了不必要的麻煩,從而提高了工作效率。調(diào)試過程中,第一輪用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)試,就遇了實(shí)驗(yàn)板上有插孔不通的情況,導(dǎo)致芯片不能正常工作。相對(duì)于別的辦法,我選擇了導(dǎo)線顯示連通,因?yàn)槠涓魑?更易實(shí)現(xiàn)。對(duì)于高阻導(dǎo)線則只能換掉。第二輪接電后,用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)試單元電路的狀態(tài)。如：時(shí)鐘信號(hào)電路的信號(hào)是否正常產(chǎn)生,控制信號(hào)電路中的計(jì)數(shù)器能否正常計(jì)數(shù),D觸發(fā)器能否每2拍翻轉(zhuǎn)一次……最后在整體上測(cè)試一遍。在整個(gè)調(diào)試完成后,卻遇到的新問題：彩燈演示時(shí)有時(shí)正常有時(shí)混亂。在排除其它可能的情況下,我仔細(xì)檢查各端子的連接情況,發(fā)現(xiàn)清"0"端在清"0"后懸空了。將其插到電源正極后,發(fā)現(xiàn)問題解決了。八分析和總結(jié)。此次兩周的課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí),使我認(rèn)識(shí)到具備扎實(shí)的理論知識(shí)是非常重要的,這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)電路圖時(shí)得到了充分的證明。如果沒有扎實(shí)的理論基礎(chǔ),就不能設(shè)計(jì)出好的電路,就會(huì)給以后的連線造成極大的不便,當(dāng)然,動(dòng)手能力也是非常重要的,只有兩者相結(jié)合,這樣在未來(lái)激烈的競(jìng)爭(zhēng)中,才能有一番作為。經(jīng)過我多次參考、查閱有關(guān)書籍和資料,通過自己的思考、成功的設(shè)計(jì)好了原理圖。然后在計(jì)算機(jī)上仿真成功了。但仿真成功,只能說(shuō)明理論成功,實(shí)踐就不一定會(huì)成功。在連接電路板時(shí),要非常的認(rèn)真仔細(xì),一個(gè)插孔,一個(gè)線頭都不能馬虎,因?yàn)殄e(cuò)誤很可能發(fā)生在各個(gè)地方。布線完成后,錯(cuò)誤可能還會(huì)很多,比如芯片導(dǎo)線等接觸不良,導(dǎo)線損壞等等。還有很重要的是,布線一定要整齊,不能有絲毫的馬虎,線條最好不要重疊,交叉,更不能疊在芯片上,否則會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)；如果電路有問題,檢查時(shí)一定先要斷電,以免燒毀器件。特別是像發(fā)光二極管這樣的器件。接二極管時(shí)一定要用限流電阻,否則很容易燒壞。此外,在檢查錯(cuò)誤時(shí),一定要先局部,后整體,分模塊逐步排查的方法。這種消除錯(cuò)誤的方法對(duì)我們以后走上社會(huì)工作崗位很重要。這次課程設(shè)計(jì),使我培養(yǎng)了全局觀點(diǎn)和勤儉節(jié)約的好習(xí)慣。給我今后的學(xué)習(xí)以很大的幫助,使我的實(shí)踐能力進(jìn)一步加強(qiáng)。九參考文獻(xiàn)。<<數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)>>高等教育出版社王毓銀編XXXX學(xué)院XXXX系課程設(shè)計(jì)過程考核表學(xué)生姓名xx班級(jí)/學(xué)號(hào)專業(yè)/學(xué)號(hào)/班內(nèi)承擔(dān)任務(wù)實(shí)驗(yàn)室〔單位電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)部所在部門電子工程學(xué)院實(shí)施時(shí)間2010年6月21日—2010年7月2日具體內(nèi)容第一周周一：聽老師講授數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法及需要注意的問題；周二：選定題目,并設(shè)計(jì)電路,完成電路設(shè)計(jì)；周三：電路仿真；周四：領(lǐng)取元器件,開始組裝電路；周五：組裝電路；第二周周一：組裝電路；周二：老師驗(yàn)收電路；周三：寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；周四：寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；周五：實(shí)驗(yàn)總結(jié)；……指導(dǎo)教師〔師傅姓名鄭慧娟職務(wù)或職稱講師指導(dǎo)教師〔師傅對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)態(tài)度□認(rèn)真□一般□不認(rèn)真學(xué)習(xí)紀(jì)律□全勤□偶爾缺勤□經(jīng)常缺勤實(shí)踐能力□很強(qiáng)□一般□較差指導(dǎo)教師〔師傅對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)或社會(huì)實(shí)踐能力等情況的意見指導(dǎo)教師〔師傅簽字年月日XXXX學(xué)院XXXX系課程設(shè)計(jì)成績(jī)鑒定表學(xué)生姓名xx班級(jí)/學(xué)號(hào)專業(yè)/學(xué)號(hào)/班內(nèi)進(jìn)行時(shí)間2010年6月21日—2