移位寄放器型彩燈控制器課程設(shè)計(jì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——移位寄放器型彩燈控制器課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)(綜合試驗(yàn))報(bào)告

(2023--2023年度第一學(xué)期)

名稱：電子技術(shù)綜合試驗(yàn)題院系：電氣與電子工程學(xué)院班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)周數(shù)：1周

成績(jī)：

日期：2023年01月04

日

《電子技術(shù)》綜合試驗(yàn)

任務(wù)書

一、目的與要求

1.目的

1.1課程設(shè)計(jì)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)穩(wěn)定、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，逐步加強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。

1.2重視培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，把握課程設(shè)計(jì)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、深入鉆研課程設(shè)計(jì)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，把握合理選用的原則。

2.4學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能，把握常用儀器設(shè)備的正確使用方法。利用“觀測(cè)、判斷、試驗(yàn)、再判斷〞的基本方法，解決試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。2.5學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。

2.6通過課程設(shè)計(jì)，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)持勤儉儉約的原則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭(zhēng)少損壞元件。

2.7在課程設(shè)計(jì)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)自身狀況自由選擇其中之一。

1.移位寄放器型彩燈控制器2.智力競(jìng)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

四、設(shè)計(jì)（試驗(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；最終畫出總體電路圖。

2.預(yù)設(shè)計(jì)經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過后，學(xué)生即可向試驗(yàn)室領(lǐng)取所需元器件等材料，在面包板上組裝、調(diào)試電路，使之達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

3.在Multisim軟件平臺(tái)上學(xué)生可直接設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。五、考核方式

綜合以下指標(biāo)評(píng)定課程設(shè)計(jì)總成績(jī)：優(yōu)、良、中、及格和不及格。1.設(shè)計(jì)方案的正確性與合理性；

2.試驗(yàn)動(dòng)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(jié)報(bào)告；

4.辯論狀況(課題的論述和回復(fù)問題的狀況)；5.設(shè)計(jì)過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、工作作風(fēng)和科學(xué)精神。

學(xué)生姓名：

指導(dǎo)教師：2023年01月04日

一、課程設(shè)計(jì)(綜合試驗(yàn))的目的與要求(一)目的

1)課程設(shè)計(jì)師教學(xué)必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)穩(wěn)定、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，逐步加強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。

2)重視培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，把握課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、步驟和方法。逐步加強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。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。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)。

(二)要求

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)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、深入鉆研課

程設(shè)計(jì)中所遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。3)進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，把握合理選用的原則。

4)學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能，把握常用儀器設(shè)備的正確使用方法。利用“觀測(cè)、判斷、試驗(yàn)、

再判斷〞的基本方法，解決試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題5)學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。

6)通過課程設(shè)計(jì)，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)持勤儉儉約的原則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭(zhēng)少損壞元件。

7)在課程設(shè)計(jì)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、設(shè)計(jì)（試驗(yàn)）正文(一)試驗(yàn)意義

彩燈控制器可以自動(dòng)控制多路彩燈按不同的節(jié)拍循環(huán)顯示各種燈光變換花型，廣泛用于大型燈會(huì)、舞臺(tái)燈光控制以及節(jié)假日燈光妝飾中。(二)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

1)要求采用移位寄放器設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈控制器。三種變換花型：

2)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。i.ii.

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。

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，從左至右順次漸亮，全亮后則滅，循環(huán)三次。

3)三種花型先以慢節(jié)拍顯示一遍，再以快節(jié)拍顯示一遍。

(三)總體方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)一共有快慢兩個(gè)節(jié)拍和128個(gè)狀態(tài)，有8個(gè)彩燈，分為兩組，可以用兩個(gè)74X194以為寄放器來控制。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7個(gè)JK觸發(fā)器組成7位二進(jìn)制累加器和門電路來控制兩片194移位寄放器電路，從而控制8個(gè)彩燈的運(yùn)行。(四)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)。由于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)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，試驗(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。

(五)設(shè)計(jì)思路1.節(jié)拍控制器

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〞一拍，共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。7位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器正好有128個(gè)狀態(tài)，以Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1表示計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，當(dāng)計(jì)數(shù)器有0000000~1111111變化時(shí)正好對(duì)應(yīng)8個(gè)彩燈的變化。

CPL（慢）的1-32節(jié)拍顯示花型1，其中1-8節(jié)拍移位寄放器右移8位，9-16節(jié)拍移位寄放器左移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)拍顯示花型2，其中33-40節(jié)拍移位寄放器1左移，移位寄放器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)移位寄放器右移，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)拍顯示一致。

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)電路框圖如下：

f/16f/32f/64f/128CPH或CPLCP4CP5CP6CP7

二進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以采用好多種方法來實(shí)現(xiàn)，尋?？刹捎脙蓚€(gè)4位二進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，并利用本身同步或異步來實(shí)現(xiàn)，也可采用7個(gè)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。本試驗(yàn)就是采用7個(gè)JK觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)7位二進(jìn)制計(jì)數(shù)

器的輸出變量的組合作為移位寄放器的控制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)彩燈控制電路的功能。

JK觸發(fā)器的表達(dá)式為

Qn1JQnn

若要實(shí)現(xiàn)輸出是時(shí)鐘信號(hào)CPn的2分頻，則要使

Qn1Qn

令J=Qn，K=Qn即可滿足條件。

第n個(gè)JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)CPn的表達(dá)式為

CPn+1=Qn

電路連接如下圖所示：

快慢節(jié)拍的時(shí)鐘電路框圖如下：

CPH(快)CPL(慢)

脈沖源使用元件庫(kù)中的脈沖源。

CP7=0時(shí)，移位脈沖CP為慢節(jié)拍CPL；CP7=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

CPCP7CPLCP7CPHCP6（周期為64拍）的狀態(tài)來區(qū)分的。CP7的周期為128節(jié)拍。各工作方式控制信號(hào)基本上是按

節(jié)拍控制信號(hào)時(shí)序圖如下：

2.編碼發(fā)生器

使用兩片用四位雙向集成移位寄放器74X194作為控制信號(hào)的設(shè)計(jì)，分別記為寄放器1，寄放器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：

移位寄放器74X194的功能表如下：

根據(jù)移位寄放器194的功能表和CP4,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。6CP5表示；花型3的時(shí)段用CP1)寄放器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CP4一致；在花型2的時(shí)段內(nèi)，S1=1；在花型3的時(shí)段內(nèi)S1=0?？傻迷谡麄€(gè)時(shí)間段內(nèi)，S1的表達(dá)式為：

S1S0CP6CP5CP6CP4

2)寄放器2

花型1的時(shí)間段內(nèi)狀況與寄放器1一致；花型2和花型3的時(shí)間段內(nèi)均為右移，S1=0。可得S1的表達(dá)式為：

S1S0CP6CP4

彩燈一次循環(huán)的狀態(tài)真值表

SL和SR的值每4拍為一個(gè)變化，可由CP3、CP4、CP5、CP6組成的表達(dá)式?jīng)Q定，也可以由花型種類和寄放器1,2的上一個(gè)輸出狀態(tài)QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG、QH共同決定。其次種方法可用觀測(cè)法直接得出，表達(dá)式比較簡(jiǎn)單。故本試驗(yàn)采用其次種表達(dá)式。

現(xiàn)以SL1為例，分析如下：

SL1只有在寄放器1為左移的狀態(tài)下有效，因此只考慮左移狀況下SL1的取值?；ㄐ?的一個(gè)循環(huán)過程中，寄放器1在9—16拍為左移，且9—12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1，13—16拍為0。觀測(cè)9—12拍寄放器輸出的上一個(gè)狀態(tài)（8—11拍），和13-16拍寄放器輸出的上一個(gè)狀態(tài)（12-15拍），可以看到8—11拍QE都為1，12—15拍QE都為0，因此，當(dāng)燈在花型1的時(shí)間段內(nèi)，SL1=QE。同理，可得燈在花型2、花型3的時(shí)間段內(nèi)SL1=QA。綜上所述，SL1的表達(dá)式即為：

SL1CP6QECP6QA

SR1、SL2、SR2的分析過程和SL1的相像，可以得到：

SR11SL20

3.清零電路

1)花型1和花型2自動(dòng)循環(huán)，寄放器無需做清零處理，花型3每5拍清零一次，即狀態(tài)為11111111

時(shí)的下一拍要清零。由于寄放器為異步清零，因此要拿狀態(tài)11111111的下一個(gè)狀態(tài)來清零。此時(shí)寄放器處在右移狀態(tài)，SR11，SR2CP6QDCP6QH0，即寄放器1為右移1寄放器2為右移0，得11111111的下一個(gè)狀態(tài)為11110111。寄放器低電位清零，觀測(cè)真值表可得花型3清零表達(dá)式為：

SlrCP6CP5QHQE

2)三種花型運(yùn)行一遍清零。即在每64拍時(shí)寄放器做清零處理，此時(shí)計(jì)數(shù)器CP6~CP1的狀態(tài)為1111111

ClrCP6CP5CP4CP3CP2CP1

3)系統(tǒng)總清零。設(shè)系統(tǒng)的清零信號(hào)為Klr，1為對(duì)地支路開關(guān)斷開，0為開關(guān)合上。只要上述三種狀況出現(xiàn)一種，寄放器就要清零，因此去往寄放器的清零信號(hào)CLR的表達(dá)式：

CLR=SlrClrKlr

系統(tǒng)總清零信號(hào)除了要送往寄放器之外還要送往JK觸發(fā)器進(jìn)行清零。JK觸發(fā)器也是低電位清零有效，因此JK觸發(fā)器的清零信號(hào)~CLR表達(dá)式為：

~CLR=Klr

清零電路系統(tǒng)框圖如下：

三、課程設(shè)計(jì)（綜合試驗(yàn)）總結(jié)或結(jié)論

本次試驗(yàn)利用了1個(gè)脈沖源，8個(gè)JK觸發(fā)器，2個(gè)74X194寄放器仿真了由8個(gè)彩燈組成的彩燈花式變換系統(tǒng)。這個(gè)課題貼近生活富好玩兒味，不僅檢驗(yàn)了我們的學(xué)習(xí)成果同時(shí)也鍛煉了我