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1、西安邮电学院数字电路课程设计报告书多路彩灯控制器系部名称：计算机系学生姓名：段海鹏（02）专业名称：计算机科学与技术班 级：计科0703实习时间：2009年12月13日至2009年12月26日多路彩灯控制器的设计一 实验目的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，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。二 设计题目与思路本次数字电路课程设计我选择的题目是“多路彩灯控制器”。这个系统的主要功能是：1.自动控制多路彩灯按预设的花型进行变换；2.花型种
2、类不少于三种，花型自拟；3.分别用快慢两种节拍实现花型变换。4.选作：用单片机实现，要求同上； 用可编辑逻辑器件实现，要求同上。三 使用元件1.设计所需的元件：74LS161（四位二进制同步计数器） - 2个；74LS194（移位寄存器） - 2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；发光二极管- 12个；555 - 1个；电容： 4.7f - 1个；001f - 1个；电阻 ： 150k - 1个；4.7k - 1个；33 -4个；实验板一个；万用表一个；导线若干；2工具：钳子一个。四 总体方案的设计与选择1总体
3、方案的设计拿到题目后，经过分析问题及初 步的整体思考，拟定以下二种方案：方案一：总体电路共分三大块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制及节拍控制；第三块实现时钟信号的产生。主体框图如下： 花型演示电路花型控制节拍控制电路时钟信号电路方案二：在方案一的基础上将整体电路分为四块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。主体框图如下：花型演示电路花型控制电路节拍控制电路时钟信号电路2总体方案的选择方案一与方案二最大的不同就在，前者将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起，是考虑到只
4、要计数器就可以实现其全部功能的原因，且原理相对简单。如此设计，其优点在于：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。缺点则是：中间单元电路连线过于繁多，容易出错。且可能出现线与关系。要避免这些，则势必造成门电路使用过多。导致电路不稳定，抗干扰能力下降。而后者则将以上两种功能分开设计，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：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带来方便。缺点则是：节拍控制电路采用可编辑逻辑电路，原理相对复杂，不易理解。花型控制电路简单，花型也比较简单。基于以上原因，加上为了确保短时间内完成课程设计，我选择了连线少，易于组装和调试的方案二。五 单元
5、电路的设计1. 设计花型 由二片移位寄存器194级联实现。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。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。全亮后从左至右依次渐灭。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3100000000000000000000000021000100000011000100000003110011000011110011000000411101110011111101
6、110000051111111111111111111100006011101111110011111111000700110011110000111111110080001000110000001111111109111111111001111111110011111112000111111300001111140000011115000000111600000001 我的设计是每种花型完整显示两遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为64，即116显示第一个花型，1732显示第二个花型，3364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
7、句节拍的变化进行相应的改变。现将两片194分为低位片1和高位片2，再将其输出端从低位到高位记为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)低位片高位片控制节拍SLSRS1S0SLSRS1S0QA-QHX/L401X/L8010X000000-0X001111/L1X10X/L8010X010000-0X011111X/L801XL4010X100000-0X111111经过分析可以得到控制194高低位片的左移右移变化的控制量。用QAQH表示161从低位到高位的个输出端。控制结果表达式如下：花型194低位片194高位片1
8、SL=/L1SL=X2SR=/L4 /QF+/L8 QFSR=/L8 /QF+L4 QF3/S0=S1=QE /QF/S0=S1=0 由二片移位寄存器194级联实现。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。 电路图如下：2花型控制信号电路由二片161级联的模128（三种花型节拍每种显示两遍，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/QH清零。当三种花型全新显示一遍后（总共64拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的Q2（即QG）信号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
9、脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。电路图如下：3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D0,D2,D3,D4,D5,D6,D7,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=CP/A+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
10、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QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65128拍为变慢后的脉冲输出。 4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 0.01f电阻取：150 k 4.7 k电路图如下：六 总体电路图七 电路组装、调试过程中遇到的问题及解决办法我的数字电路课程设计总共用了4天完成的，这4天每一天都有所收获，都有所进步。第一天，去实验室主要就是听老师讲一些使用注意事项等，并且选择一个课题。选完课题老师就让我们回去查质料。第一天就在查资料中度过。通过学习基本掌握了整个电路设计是由几个模块组成，以及各模块的原理。第二
11、第三天开始在电脑上进行电路仿真，一直到周四才基本完成电路死模块的各自仿真，和整体电路仿真。周四开始电路连接连完时钟电路后，满以为会很成功，因为我的电路连得很简洁。结果是加电后LED二极管居然常亮，检查电路没什么问题，我开始不知所措，于是去咨询其他同学，发现好多同学都有和我一样的问题，有同学说那可能是线的而问题，也可能是板子的问题，也可能是电容的正负极插反了不管是什么问题，一个个排除吧，直到周五最终发现是4.7F电容连接短路导致二极管居然常亮。在周五到第二周周一一直在连接电路与检查电路中度过。时常出现像错接、漏接等错误。 在电路组装过程中，遇到的最大问题是，起初考虑不周全，芯片分布不够合理，出现
12、了许多“特长线”。不但影响布线速度，而且也会给后来的调试带来不必要的麻烦。当时已经布线不少，不可能重新开始，再三权衡，最后只移动了一个芯片，问题就得到了很大改善。其次就是布线，因为要求不准交叉，且横平竖直，所以在保证连通的情况下，在布线上也下了不少工夫。 调试过程中，第一轮用万用表欧姆档测试，就遇了实验板上有插孔不通的情况，导致芯片不能正常工作。相对于别的办法，我选择了导线显式连通，因为其更明晰，更易实现。第二轮接电后，用万用表的电压档测试单元电路的状态。如：时钟信号电路的信号是否正常产生，控制信号电路中的计数器能否正常计数，D触发器能否每22拍翻转一次最后在整体上测试一遍。 在调试过程中由于一些线路连接不够结实，导致经常前一时刻检测完没问题。之后却无法正常工作。这让我们的调试变得更难，对于这个问题我是采取部分电路检测法。我从同学那借了一些发光二极管在555、74、151、161、194的每一个输出端都接上了。这样使得问题的范围缩小了很多，更易于检测电路。还有就是芯片的好坏问题。由于使用的器件中有一些是旧器件，好坏未知。在本次电路检测中我就由于芯片问题走了很多的弯路。最后在换了片161后整个电路就正常工作起来了。八 分析与心得本次课程实习我虽然用了一个星期的时间就全部做完，但整个过程我都认真的完成了，而且从中收获很多。可以总结为以下的几点：
