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1、数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器学院名称：电子工程学院学生姓名： 崔欢（13）专业名称： 集成电路设计与集成系统班 级： 电路1102实习时间：2013年6月3日 2013年6月14日多路彩灯控制器的设计一 、课程设计题目（与实习目的）（一）、题目：多路彩灯控制器（二）、实习目的：1进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。2熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。3了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 4培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。5锻炼动手能力，排错能力。二、 任务和要求实现彩灯控制的方法很多，如EPROM编
2、程、RAM编程、单板机、单片机等，都可以组成大型彩灯控制系统。因为本次实习要求设计的彩灯路数较少，且花型变换较为简单，故采用移位寄存器型彩灯控制电路。（1）彩灯控制器设计要求设计一个8路移存型彩灯控制器，基本要求：1. 8路彩灯能演示三种花型（花型自拟）；2. 彩灯用发光二极管LED模拟；选做：实现快慢两种节拍的变换。（2）课程设计的总体要求1设计电路实现题目要求；2电路在功能相当的情况下设计越简单越好；3. 注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉；4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。三 总体方案的设计整体电路分为四个模块，第一个模块时钟信号的产生；第二个模块实
3、现节拍控制；第三个模块实现花型的控制；第四个模块实现实现花型的演示。 这种方案将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。这么设计的出发点是：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试都很方便，花型控制电路简单，花型也比较简单。主体框图如下：时钟信号CP电路：用555芯片产生CP脉冲。节拍控制电路：节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可由74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。花型控制电路：由161，4位二进制同步计数器完成；花型演示电路：由194 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；四 单元电路的设计1.设计
4、所使用的元件及工具：74LS161（四位二进制同步计数器） - 2个；74LS194（移位寄存器） - 2个；74LS151（八选一数据选择器） - 1个；74LS74（双D 触发器） - 1个；74LS00（四二输入与非门） - -2个；74LS04（六非门） - 1个；555 - -1个；发光二极管 - 8个；电容： 4.7f -1个；001f -1个；电阻： 150k - -1个；100 - 4个；4.7k -1个；实验板一块；万用表一个; 钳子一个；导线若干。2.各个单元电路（1）时钟信号电路 由一片555加上适当电容及电阻实现。电容取：4.7f 10nf电阻取：150 k 4.7 k
5、电路图如下： （2）节拍控制电路 由一片151和一片74级联实现。整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。 令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。令151的B,C,G,GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QG输出。 所以Y端的输出就为：Y=CPA+QA (Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。 所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。A端接的是161的高位片的
6、QF即当到达第32拍时QF为1接下来的3364拍为变慢后的脉冲输出。电路图如下:（3）花型控制信号电路由二片161级联的模64（三种花型每种显示一遍，再总体重复一遍的总节拍数）计数器。161的级联用的是同步，并用QG清零。当三种花型全新显示一遍后（总共32拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的信号QF输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。161的CP脉冲来自节拍控制电路中151的输出端Y。电路图如下：（4）花型演示电路 由二片移位寄存器194实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。而花型之间的变
7、化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。三种花型变换样式花型1：8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次；花型2：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。循环两次；花型3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。移存器输出状态编码表节拍序号花型1花型2花型3100000000000000000000000021000100000011000100000003110011000011110011000000411101110011111101110000051111111111111111111100006
8、011101111110011111111000700110011110000111111110080001000110000001111111109111111111001111111110011111112000111111300001111140000011115000000111600000001这3种花型在每种频率下各显示一遍，三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为32，即18显示第一个花型，916显示第二个花型，1731显示第三个花型。要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,将两片194分为低位片和高位片，再将其输出端从低
9、位到高位记为L1L8。列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用Li表示Li的取非)花型低位片节拍控制信号SLSRS1S0SLSRS1S0QDQE1XL801XL801002L8X10XL801103XL801XL40101XL801xL40111列出卡诺图分析194低位片 QD QE 0 1 QD QE 0 1 0 XL8 0 0 1 1 X X 1 0 0SL=L8 S1=DE QD QE 0 1 QDQE 0 1 0 L8 X 0 1 0 1 L8 L8 1 1 1SR=L8S0= (DE)194高位片 QD QE 0 1 QDQE 0 1
10、0 X X 0 0 0 1 X X 1 00SL=XS1=0 QDQE 0 1 QDQE 0 1 0 L8 L8 0 1 1 1 L4 L4 1 1 1SR=L8E+ L4 ES0=1由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端S1、S0以及串行输入端的由161的输出端QD、QE和本身输出端L4和L8控制。用去QAQH表示161从低位到高位的个输出端。控制结果表达式如下：194低位片194高位片S1= DES1=0S0=S1S0=1SL=L8SL=XSR=L8SR=L8E+ L4 E电路图如下：五 总体电路图六 电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。刚开始数电实习的时候，我
11、想到了,先设计电路,再搭电路,以便后来的排错,从而完成实习要求。在设计电路时，我先确定了总体框图，555的CP脉冲电路，74,151的分频电路相对容易，很快就设计好了，难就难在161和194的关系处理上，怎么用161控制194的花型转换，怎么用194连续显示3种花型呢？接着我想到161的功能就是计数，它可以通过计数来控制花型的转换，而194是移位寄存器，通过控制它的SL,SR,S0，S1，就可以进行花型的显示，而卡诺图化简就可以找出161和194的关系，理清思路后，我很快就完成了设计。周三我就开始用面包板搭电路了，再搭电路前，我用万用表测了面包板的正负极是否连通，在确保它是连通的后才正式搭电路，由于设计和仿真都是自己一步步扎扎实实地走的，周五就进行了测验，加上电后，我分模块对电路进行了测试。
