彩燈控制器-數(shù)電課設報告 吳曉波

目錄一、概述……………………二、方案設計與論證…………………１．環(huán)形……………………．……2．扭環(huán)形…………三、單元電路設計與分析……………１．脈沖產(chǎn)生電路的設計………………….……2.分頻電路的設計………………3.狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的設計……………………4.初狀態(tài)置入控制電路的設計…………………５．清零電路的設計………………6．環(huán)扭計數(shù)控制電路和速度變換電路的設計…………………７.狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的設計……..……………8．驅(qū)動與顯示電路的設計………四、總原理圖及元器件清單…………１.總原理圖………………….……．…….………2.元器件清單……………….….………………五、結(jié)論………………六、心得體會…………七、參考文獻………… 一、概述狀態(tài)變換產(chǎn)生電路。在以主時鐘為控制時鐘的兩位三進制計數(shù)器的輸出數(shù)值控制下，四選一選擇器選出頻率和移位方式（環(huán)形或扭環(huán)形),74LS195輸出端輸出對應花型電位，經(jīng)驅(qū)動電路后反應在上。二、方案設計與論證1.環(huán)形２．扭環(huán)形圖1彩燈控制器的原理框圖三、單元電路設計與分析1．脈沖產(chǎn)生電路的設計圖2脈沖產(chǎn)生電路2.分頻電路的設計分頻電路是用74ＬＳ161來計數(shù)分頻。以由脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的的8Hz脈沖為時鐘，則從Q0和RCＯ輸出的脈沖分別為4Hz和0．5Hz。特別需要注意的是所需要的主時鐘，即分頻出現(xiàn)的0.5Hz的脈沖需要用與非門求反。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn),如不反向置零時間會明顯增長,并且第一個花型(左右擺動)的出狀態(tài)會無法置入，保持一段時間的全暗后會直接進入第二種花型。經(jīng)過反復實驗和結(jié)果分析，我證實了,這是由于產(chǎn)生的主時鐘波形并非一個高低電位保持時間相等的均勻矩形波，因為它是74LS１61輸出的進位端產(chǎn)生的，進位只是極短暫的時間狀態(tài)。我們的大多數(shù)部件需要在上升沿和高電位工作,如果不求反，則主時鐘大多時間在低電位工作，上升沿和高電位極短暫,手動清零時則會輕易的使有些部件錯過工作機會,造成不同步。相反我們通過與非門會是電路優(yōu)化，減少錯誤發(fā)生。圖3分頻電路初狀態(tài)產(chǎn)生電路的設計初狀態(tài)產(chǎn)生電路是把十六進制計數(shù)器狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的輸入端連接并非一一對應，如圖5所示。圖4初狀態(tài)產(chǎn)生電路圖５部分電路連接圖4．初狀態(tài)置入控制電路的設計圖6初狀態(tài)置入控制和清零電路5.清零電路的設計清零電路即將初狀態(tài)置入控制電路,初狀態(tài)產(chǎn)生電路和扭環(huán)控制和速度切換電路的清零端連接，一端接高電位，一端接地，并的接地端加上按鈕的裝置,如圖6所示。要注意的是在Vｃｃ端應加上一個稍大的電阻，否則清零按鈕摁下時電位會不高不低,難以識別。另外值得注意的一點是,有些部件清零或置數(shù)需要在時鐘的上升沿完成,所以,清零按鈕需要摁較長時間（最長２s），等待主時鐘上升沿到來?？梢杂^察初狀態(tài)產(chǎn)生電路的輸出端，當輸出值為“1101”時即可放開清零開關(guān),停止清零。６.環(huán)扭計數(shù)控制電路和速度變換電路的設計環(huán)扭計數(shù)控制電路和速度變換電路是由兩的D觸發(fā)器組成的兩位三進制計數(shù)器和一個雙四選一選擇器共同構(gòu)成的。在以主時鐘為控制時鐘的兩位三進制計數(shù)器的輸出數(shù)值控制下，四選一選擇器選出頻率和移位方式（環(huán)形或扭環(huán)形)。連接方式如圖７所示。本部分可以優(yōu)化，去掉兩位三進制計數(shù)器,用其它部件輸出值代替它的選擇功能，具體方法見后文的總結(jié)部分。圖7環(huán)扭計數(shù)控制電路和速度變換電路7.狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的設計狀態(tài)變換產(chǎn)生電路即四位通用移位寄存器７4ＬＳ195。它有清零、置數(shù)、保持和移位四種功能。本次最主要用的是置數(shù)和移位。“移位/置數(shù)”端在低電位下置數(shù),高電位下移位。在初狀態(tài)置入控制電路產(chǎn)生的負脈沖控制作用下按一定路徑置入初狀態(tài)產(chǎn)生電路送入的狀態(tài),并在選擇器選擇的頻率和環(huán)扭形式下產(chǎn)生有規(guī)律的電位變化。連接方式如圖8所示。圖8狀態(tài)變換產(chǎn)生電路８.驅(qū)動與顯示電路的設計 把從74ＬＳ195的每個輸出端通過7４08型號的與門自身相與，作為驅(qū)動。如果沒有它,燈的亮度將減小。同一排燈應并聯(lián)，否則所有燈都將無法變亮。連接方式如圖9所示。圖9驅(qū)動與顯示電路四、總原理圖及元器件清單１.總原理圖圖1０總原理圖２.元器件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注U1:Ａ,U1:B74LS1612U2:A~U2:Ｄ74LS004Ｕ３７4LS1951U４:Ａ~U4:D7４LS004U5７4LＳ1５31U6:A,U６：Ｂ7４LS７42U７:A~U7:D74084R1~R４SET1.５Ｋ，1０Ｋ，50K，43K４C１，C２,C3AＵDIＯ0．01μF，5μF,100μF3D1~D16LEＤ-RＥＤ１6五、結(jié)論本課設作品仿真成功，驗證了電路圖設計的正確性，達到了預期的效果。在此對本次課設進行總結(jié)。準備過程。在得到課設題目后,我們經(jīng)過對課設題目的分析,功能的理解,從實驗課本中對各元件功能的查閱，和對類似題目作品的參考,完成設計總圖。實踐過程。我們依照初步設計總圖，在軟件中進行了模擬,發(fā)現(xiàn)了其中的多處問題，我們討論了解決和改進的方案后,完成了現(xiàn)今本報告所介紹的作品。首先，在實驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)了，相同型號的元件,在課本上與模擬軟件中的接頭數(shù)量、名稱、高低點平有效性均可能不同（如本實驗中的74LＳ1２3,74LS195），甚至有些元件在軟件中無法找到（如起初決定用于脈沖產(chǎn)生部分的CD４0６0)。我們自行設計了一些小實驗，測試并學習軟件元器件的功能和使用方法。再將其應用于課設作品中,避免了很多錯誤。沒有的原設計元件的,我們采用其他方式，應用可以找到的器件從新設計,替換。其次,我們發(fā)現(xiàn)了其中一些脈沖頻率不合理，通過查閱公式,我們計算出合理阻值和容抗,利用555元件自制了脈沖產(chǎn)生器,產(chǎn)生8Hｚ的脈沖。并且利用74LS16１制成分頻器,分出４Hz和０.5Ｈｚ的脈沖。再次，我們發(fā)現(xiàn)了其中燈光亮度不夠的問題,我們又增加了驅(qū)動器部分，即７40８型號與門。最后,我們解決了有時運行程序無法模擬執(zhí)行的問題。我們發(fā)現(xiàn)這是由于子電路合并成總電路時用了復制功能,而使一些元件參考(R）值相同,而無法執(zhí)行。總而言之,這讓我們了解到“細節(jié)定成敗”和“實踐出真知”的道理。這次課設交會我踏踏實實，認認真真的治學道理。我們?nèi)A航的大學生更要遵從“求真，務實,精益求精”校訓。完成后的反思。完成本作品后,我們對于它有想到一些改進提高的方案。比如，三種狀態(tài)的初狀態(tài)（Q1、Q2、Ｑ1、Ｑ０）分別為“1010”“11１０”“１111”由于最低位(Q０）和次高位(Q2）的組合分別為“00”“10”“1１”,各不相同，所以可以直接用出狀態(tài)產(chǎn)生電路的７4LS161的Q0和Q2端接四選一選擇器74LS153的A和B端,同時改變選擇器輸入端的接入順序,接可以完成扭環(huán)控制和速度切換功能，從而可以刪除由兩個D觸發(fā)器組成的二位三進制計數(shù)器。又如，創(chuàng)新方面我還想到一些設計，由于時間問題、題目要求問題沒有加入本次可課設中,但希望以后業(yè)余時間可以完善它。我的設計需要把燈的數(shù)目擴充一半。從而擴展的花型的種類。我想通過兩個移位器分別控制左右４排和右４排燈,分別設為左移和右移,這樣圖案就可以都對稱出現(xiàn)。另外，可以增加新花型。創(chuàng)新實現(xiàn)的具體過程中可能會出現(xiàn)一定問題。如花型的增多會使兩位三進制的速度變化產(chǎn)生電路產(chǎn)生的狀態(tài)不夠用。應用７4LS1６０替換。新初狀態(tài)可能與其它初狀態(tài)在計數(shù)順序不連續(xù)，需要改變初態(tài)產(chǎn)生電路輸出端與狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的輸入端的連接方法。所以需要增加選擇器（如７4LS１5７)來在不同花型置數(shù)時為狀態(tài)變換產(chǎn)生電路的輸入端(74ＬS195的D0、D1、D2、D3端）選擇不同初態(tài)產(chǎn)生電路輸出端（74LＳ161的Q0、Q1、Ｑ2、Q3端)。六、心得體會通過本次課程設過程中,我有很多心得體會。學習要知其然,更要知其所以然。通過實驗,我們發(fā)現(xiàn)了很多實驗現(xiàn)象不同于設計時料想的。通過在軟件中嘗試性修改,我們終于得到了正確的設計方法。但是，我們不僅滿足于做出可以正常工作的電路。我們分析電路,自行設計小試驗驗證部件功能。最后,我們充分理解了它，可以從原理上解釋各種現(xiàn)象。在更充分的理解電路后,我們可以不再只通過不斷試驗改進設計方案，而是從理論分析后，從根本上直接解決問題，設計出各種優(yōu)化設計。完成這個作品不是真正的目的，真正的目的是鞏固知識,并培養(yǎng)學以致用的能力,體會做人做事的道理。細節(jié)定成敗。我組在課設過程中，有時運行程序無法模擬執(zhí)行，但找不到電路連接錯誤之處。在其他同學的提示下才發(fā)現(xiàn)是由于子電路合并成總電路時用了復制功能,而使一些元件參考(R)值相同，而無法執(zhí)行。困擾我們最深的往往不是具體知識上的掌握問題，而是我們最容易忽略的其他細節(jié)。第三，實踐出真知我們信心滿滿的設計總圖初稿在實驗之后,被證明是，不僅缺乏優(yōu)化，而且錯誤多多的。“紙上得來終覺淺,得知此事要躬行”。我們經(jīng)過實踐中