四路彩燈課程設(shè)計(jì)

湖南第一師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告四路彩燈顯示系統(tǒng)起止日期：自2011年12系〔部〕信息科學(xué)與工程系學(xué)生姓名Xx班級xxxxxxxxxxx學(xué)號xxxxxxxxxxxx成績指導(dǎo)教師(簽字)xxxxxxxxxx2011年12月30日湖南第一師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2023-2023學(xué)年第一學(xué)期系〔部〕信息科學(xué)與工程系專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)班級xxx課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)題目：四路彩燈顯示系統(tǒng)完成期限：自2023年12月19日至目的及任務(wù)目的：通過設(shè)計(jì)和搭建一個實(shí)用電子產(chǎn)品雛形，穩(wěn)固和加深在數(shù)字電子技術(shù)課程中的理論根底和實(shí)驗(yàn)中的根本技能，訓(xùn)練電子產(chǎn)品制作時的動手能力。通過該課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合任務(wù)要求的電路，掌握通用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，訓(xùn)練并提高在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比擬和元器件選擇等方面的綜合能力。任務(wù)：〔1〕根據(jù)原理圖分析各單元電路的功能；〔2〕熟悉電路中所用到的各集成塊的管腳及其功能；〔3〕進(jìn)行電路的裝接、調(diào)試，直到電路能到達(dá)規(guī)定的設(shè)計(jì)要求；〔4〕寫出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容2023.12.19前選題，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，復(fù)習(xí)數(shù)電相關(guān)知識和查閱資料。分析設(shè)計(jì)任務(wù)，選擇總體方案，單元電路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)總體電路，調(diào)試。繼續(xù)完成設(shè)計(jì)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)行辯論。主要參考資料[1]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)根底[M].北京:高等教育出版社,2006[2]方大千,鮑俏偉.實(shí)用電子控制電路[M].第一版.北京：國防工業(yè)出版社,2003[3]肖景和。數(shù)字集成電路應(yīng)用精粹.北京：人民郵電出版社,2002.[4]李忠波,袁宏.電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004[5]歷雅萍、易映萍.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2002指導(dǎo)教師〔簽字〕：年月日教研室主任〔簽字〕：年月日目錄1概述11.1前言11.2設(shè)計(jì)要求11.3設(shè)計(jì)總思路12方案的選擇13單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇23.1時鐘脈沖產(chǎn)生電路23.2循環(huán)控制電路33.3彩燈把戲輸出電路4運(yùn)用到74LS194功能表4制計(jì)數(shù)器的輸出端的C、D信號控制移位存放器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表53.4各元器件邏輯符號與引腳圖解54經(jīng)驗(yàn)體會74.1設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決方案74.2設(shè)計(jì)體會74.3對該設(shè)計(jì)的建議8參考文獻(xiàn)8附錄A彩燈把戲輸出電路連線圖9附錄B總電路設(shè)計(jì)10附錄CEDA仿真電路圖11附錄D元器件清單121概述1.1前言用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并制作一個四路彩燈顯示系統(tǒng)，可用于節(jié)日慶典，醫(yī)院病房等多處地方，同用單片機(jī)控制相比，它具有準(zhǔn)確，不易受外界干擾出錯，因而得到了廣泛的應(yīng)用。小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮淤R卡，大到賓館、醫(yī)院等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。1.2設(shè)計(jì)要求用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并制作一個四路彩燈顯示系統(tǒng)，要求如下：1·開機(jī)自動置入初始狀態(tài)后即能按規(guī)定的程序進(jìn)行循環(huán)顯示。2·程序由三個節(jié)拍組成：第一節(jié)拍時，四路輸出Q1～Q4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，Q4～Q1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，Q1～Q4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3·用發(fā)光二極管顯示彩燈系統(tǒng)的各節(jié)拍；1.3設(shè)計(jì)總思路程設(shè)計(jì)課題要求，要實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)時鐘脈沖產(chǎn)生電路，循環(huán)控制電路和彩燈把戲輸出電路。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)，彩燈把戲輸出電路由74LS194和相關(guān)邏輯電路實(shí)現(xiàn)。2方案的選擇計(jì)數(shù)器的方案有多種，主要有：方案1采用單片機(jī)控制電路為主實(shí)現(xiàn)四路彩燈顯示。運(yùn)用C語言編程，然后編譯，通過單片機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)四路彩燈的顯示，編譯成功后通過下載機(jī)下載至芯片，然后連接即可實(shí)現(xiàn)預(yù)先功能。優(yōu)點(diǎn)是連接線路較少，只要編譯成功就能實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是編程較為麻煩，容易出錯，同時用單片機(jī)控制不宜與表達(dá)數(shù)電運(yùn)用實(shí)踐的能力，不利于理解底層電路的連接于實(shí)現(xiàn)。方案2采用多路芯片組合實(shí)現(xiàn)四路彩燈顯示系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)時鐘脈沖產(chǎn)生電路，循環(huán)控制電路和彩燈把戲輸出電路。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)，彩燈把戲輸出電路由74LS194和相關(guān)邏輯電路實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)是不用編程，不要編譯只要正確連接就能正常工作，缺點(diǎn)是必須掌握所有芯片的引腳功能及作用，連線較為復(fù)雜。多諧振蕩器多諧振蕩器12進(jìn)制循環(huán)控制器16進(jìn)制分頻計(jì)數(shù)器12進(jìn)制循環(huán)控制器16進(jìn)制分頻計(jì)數(shù)器移位計(jì)數(shù)器74LS191移位計(jì)數(shù)器74LS191彩燈顯示輸出彩燈顯示輸出圖1.3系統(tǒng)框圖將上述方案進(jìn)行比擬得之，運(yùn)用單片機(jī)易于實(shí)現(xiàn)本工程，但是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，各方案的優(yōu)缺點(diǎn)、設(shè)計(jì)制作所具備的條件，本例作為傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的實(shí)例，采用方案2實(shí)現(xiàn)。3單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇3.1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(jì)數(shù)器電阻值和電容值可設(shè)為：R1=1KΩ，R2=20KΩ，C=0.01μF由公式〔1-1〕計(jì)算得：T=0.287S圖時鐘電路NE55574LS161圖NE555與74LS161構(gòu)成的時鐘產(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,控制74LS161模十六計(jì)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1S3.2循環(huán)控制電路如果模N計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)序列從最小0到最大數(shù)N-1，那么N是多余的，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(jì)數(shù)器清零。此處工作狀態(tài)從0000~1011，檢測1100〔異步清零〕其電路圖如圖3.2所示。圖3.2循環(huán)控制電路〔74LS161用74LS163代替〕3.3彩燈把戲輸出電路3.3.1運(yùn)用到74LS194功能表圖3.1.274LS194功能表3.3.2制計(jì)數(shù)器的輸出端的C、D信號控制移位存放器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表CLK時間／Ｓ節(jié)拍QDQCS0S1SRSL74LS194動作0１Ｈｚ脈沖B1第一節(jié)拍00101*右移112001023001034001045第二節(jié)拍0101*0左移05601016701017801018２Ｈｚ脈沖A9第三節(jié)拍1011**送１清零91011101010111110111211１０１１13１０１１1412１０１１15１０１１由上表由：Ｓ０＝ＱＣ＇Ｓ１＝ＱＤ＋ＱＣCLR＇＝〔ＱＤ*A+QD＇〕進(jìn)一步分析可知７４ＬＳ１９４脈沖控制：ＣＬＫ＝〔ＱＤ*A+QD＇〕*ＱＤ+B3.4各元器件邏輯符號與引腳圖解圖3.4.A74LS194邏輯符號和引腳圖圖3.4B74LS163引腳圖圖3.4C74LS20引腳圖圖3.4D74LS20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3.4E74LS09內(nèi)部引腳圖圖3.4F74LS04引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.4G74LS32引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)4經(jīng)驗(yàn)體會4.1設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決方案1〕彩燈只有一種把戲變化，沒有其它的把戲：可能是移位計(jì)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(jì)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。2〕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(jì)數(shù)器的CP脈沖是否穩(wěn)定，看74LS161是否能計(jì)數(shù)，即QA、QB、QC、QD是否周期性的上下電平變化，前面沒問題，再檢查與非門74LS20門74LS04是否能實(shí)現(xiàn)它們邏輯功能。3〕彩燈的四種把戲都有，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：原因可能是控制循環(huán)的１２進(jìn)制計(jì)數(shù)器沒有真確接線，實(shí)際控制循環(huán)的進(jìn)制大于１２進(jìn)制，導(dǎo)致有放空時間。應(yīng)該檢查７４ＬＳ２０是否正常工作，確保能實(shí)現(xiàn)１２進(jìn)制計(jì)數(shù)。4.2設(shè)計(jì)體會本來當(dāng)初選題是要做自動控制延時電路，比擬盲目，最后遇到了瓶頸，要用220v電壓供電，最后不得不放棄該工程，轉(zhuǎn)而開始這個工程?？此坪唵蔚墓δ茏銎饋聿⒉缓唵?。兩周的實(shí)習(xí)很快就過去了，過程中出現(xiàn)了很多曲折，在這次實(shí)習(xí)中我學(xué)到了很多東西，不僅僅是專業(yè)知識首先是四路彩燈電路的設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)自己對芯片的功能還是不太了解，后來又重新查了一遍，選擇了適宜的芯片。但又在連線時出了問題，出了問題并不重要，重要的是讓自己冷靜下來，用心去找出問題的所在。然后用自己所學(xué)知識解決掉問題，硬是不能解決的，可以去請教別人，但在問別人的時候，一定要理解對方是怎樣解決掉這個問題的，否那么你將一無所獲，下次遇到這個問題你一樣又不知道。其次是電路的連接，線路連接比畫圖難多了。在連接的時候先要檢查芯片、電線等。在連接的時候也要非常的細(xì)心，而且要有耐心，只要接錯一根，就前功盡棄了。因此，要學(xué)會耐心細(xì)致的做一件事，不要毛躁，不要粗心。還有以后做事的時候一定要事先考查清楚，不能盲目選擇沒有目標(biāo)。最后，我要感謝學(xué)校給我們這樣的實(shí)踐時機(jī)，特別要感謝肖主任對我們這組的大力支持。親自幫助我們修改電路，總之，這次課程設(shè)計(jì)，讓我體會到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，讓我以后做事更有耐心，更加細(xì)心。讓我能夠更加沉著的面對未來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。4.3對該設(shè)計(jì)的建議〔1〕．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?！?〕．對于中等規(guī)模以上的電路，可以分模塊去實(shí)現(xiàn)不同的功能。各個功能實(shí)現(xiàn)后然后再組合，這樣便于檢查錯誤和擴(kuò)展功能。參考文獻(xiàn)[1]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)根底[M].北京:高等教育出版社,2006[2]方大千,鮑俏偉.實(shí)用電子控制電路[M].第一版.北京：國防工業(yè)出版社,2003[3]肖景和。數(shù)字集成電路應(yīng)用精粹.北京：人民郵電出版社,2002[4]李忠波,袁宏.電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004[5]歷雅萍、易映萍.電子技術(shù)課