循环彩灯控制器课程设计

《循环彩灯控制器课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《循环彩灯控制器课程设计（23页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、数字电路课程设计陈说之答禄夫天创作时间：二O二一年七月二十九日课程名称：循环彩灯控制器设计题目循环彩灯控制器院（部）:机械与电子工程学院专 业：学生姓名:学 号:班 级:日期:指导教师:课程设计任务书课程设计题目循环彩灯控制器姓名学号班级院部机械与电子工 程学院专业组别组长组员指导教师课程 设计 目的1. 进 步掌握数字电路课程所学的理论知识.2. 熟悉几种经常使用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理， 进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.数点课程实验是年夜学中为我们提供的唯次入手实

2、践的机会，增强入手实践的能力.课程 设计 环境用proteus仿真软件画出总体电路图、word编写课程设计陈说课程 设计 任务 和要 求设计要求：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；3. 选做：实现快慢两种节拍的变换.设计任务：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. 注意用电平安，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板.课程设计工作进度计划序号起止日期工作内容12012年6月7日2012年6月11日选择设计题目并阅读相关文献、资料，学习使用 proteus22012

3、年6月12日2012 年6月13日根据设计任务和要求，做出年夜纲和目录32012年6月13日2012 年6月16日根据目录做出设计内容42012年6月17日2012 年6月18日根据设计内容用proteus画图52012年6月19日整理课程设计的格式与内容62012年6月20日打印并装订教研室审核意见：教研室主任签字：年月日教学院（系）审核意见：主任签字：年月日目录443.1 了解数字电路系统的界说及组成43.2 掌握时钟电路的作用及基本构成44. 设计方案的选择55. 单位电路的设计65.1 花型控制电路的设计65.2 花型演示电路的设计105.3 节拍控制电路的设计105.4 时钟信号电路

4、的设计116总体电路图127.各个单位电路的输入输出波形128电路调试159. 元器件清单1610. 分析与总结1711致谢1912.参考文献1920循环彩灯控制器的设计本次循环彩灯的设计制作由时钟信号CP电路、花型控制电 路、花型演示电路、节拍控制电路构成的集成电路来实现,其中花 型控制电路由1614位二进制同步计数器完成,花型演示电路由 195 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变动）,节拍变动 由151八选一数据选择器完成,节拍的快慢变动可有74双上升沿 D触发器完成，它可实现二分频.循环彩灯、时钟信号CP电路、花型控制电路、花型演示电 路、节拍控制电路.数字电路系统一般包括输入电路

5、、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等.输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号 其形式包括各种输入接口电路.比如数字频率计中，通过输入电路 对微弱信号进行放年夜、整形，获得数字电路可以处置的数字信号 模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处置.在 设计输入电路时，必需首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设 计合适的输入接口电路.时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整 个系统都在它的控制下按一定的规律工作.时钟电路包括主时钟振 荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路.比如多路可编程控制 器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等 都属于时钟电

6、路.设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时 钟的频率,并注意与其他控制信号结合发生系统所需的各种时钟脉 冲.4.设计方案的选择针对题目设计要求,经过分析与思考,拟定以下二种方案：方案一：总体电路共分三年夜块.第一块实现花型的演示；第 二块实现花型的控制；第三块实现时钟信号的发生.主体框图如下：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发生.并在部份电路的设计上与方案一采纳了 完全分歧的方法,如花型的控制.主体框图如下：根据所提供的实验器材各模块总体思路如下：时钟信号CP电路：拜会高等教育出书社 王淑银

7、主编的数 字电路与逻辑设计课本P404图10-3-6（A）;花型控制电路：由1 6 1 4位二进制同步计数器完成；花型演示电路：由195双向移位寄存器完成（可左移右移完 成花型变动）；节拍控制电路：节拍变动由151八选一数据选择器完成,节拍的快慢变动可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频.总体方案的选择方案一与方案二最年夜的分歧就在，方案一是基于基本要求而 设计的，方案二加入了节拍的变动，花型控制电路和花型演示电路 的CP都是节拍控制之后的CP.两种方案的基本思路相同，将整个设计电路的功能模块化，设 计思想比力简单.元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路.这么 设计的动身点是：电路设计模

8、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，花型也比力简单.由于在设计的构想时期，已经确定将电路模块化，设计的过程 中又已经将节拍控制电路设计出来，通过仿真软件也实现了设计要 求分频.方案二同时完成了选做的要求，只要确保每一模块实 现其功能方案二其实不难也不复杂，为了确保短时间内完成课程设 计和高效率，我选择了方案二.5.单位电路的设计5.1花型控制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 型之间的变动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）

9、.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310000000000000000000000002100010000001100010000000311001100001111001100000041110111001111110111000005111111111111111111110000601110111111001111111100070011001111000

10、0111111110080001000110000001111111109111111111001111111110011111112000111111300001111140000011115000000111600000001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需对两片194的SI、S0 和SL、SR 一句节拍的变动进行相应的改变，通过161的输出反馈 来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1Q4变动比力频繁，根 据变动的花型频率选用高位片

11、的Q5Q6去控制194的SL、SR、 S1、S0的变动从而实现滑行的变动.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：（用八Li暗示Li的取非）花型低位片节拍控制信号SLSRS1SOSLSRS1S0QeQF1XAL801XAL801002AL8X10XAL801103XAL801XL40101XAL801xL40111列出卡诺图分析010XX1XX194高位片由上图分析可以获得控制194高、低位片的左移右移变动控制端SI、S0以及串行输入真个由161的输出端Q、Q和自己输出

12、端L4EF和18控制.用去Q Q暗示161从低位到高位的个输出端.AH控制结果表达式如下：194低位片194高位片S1=Qe- A QfS1=0S0=AS1S0=1SL=AL8SL=XSR=AL8SR=Qf.L4+aQf. al8电路图如下：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,并用八QH清零.当三种花型全新显示一遍后（总共 64 拍）161 的输出酿成 00000100所以将161高立片的Q2 （即0。）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 脉冲

13、来自节拍控制电路中74的输出端 Y.电路图如下：5.3 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 替发生快慢节拍.令74的Vcc,CLR,PR都接高电平，将P的输出接到D端,Q真个输 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真个输出就为:Y=CP 八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脉冲慢了一拍.所以通过A为0或1选择

14、Y端输出的脉冲的频率.A端接的是161 的高位片的QG即当达到第64拍时QG为1接下来的65128拍为 变慢后的脉冲输出.电路图如下:5.4时钟信号电路由一片555加上适当电容及电阻实现.电容取：电阻取：150 kQ kQ电路图如下：6. 总体电路图注：由于仿真画图时芯片复杂,CP发生电路发生用电源取代（已试 验,可以等效）.1基本CP脉冲发生电路波形图与分频电路波形图2.测试波形：（列依次为CP脉冲,低位片194A,B,C,D，高位片 194A,B,C,D 即 Q -Q ）AH花型一：花型二:花型三:用 194 去实现一个花型很简单,如果是三个分开也难,可是本 次设计要同时实现三个花形,是通

15、过151 来选择吗？是手动吗？手 动有些不切实际.经过思考没有获得解决,只觉得 161 的计数器如 果不去反馈控制 194的变动,那么它的存在价值不年夜,接下来我 看了一些参考书籍,年夜概有了自己的思路,于是开始设计,我用了 （北京邮电学院出 书社高书莉编）所提供的前两种,第三种是我自己设计的.所以刚 开始的几天就一直在想怎样将三种花型衔接起来,可是书中介绍比 力组略,只知道 S1、S0、SL、SR 不是直接输入的.还是在思考一下 如果给161和194的CP是同步的那么就每来一个上升沿161计数 一次同时194的变动一次，每个花型需要的CP脉冲数是固定的，也 就是说只要通过计数器的反馈就可以控

16、制滑行之间的转换.可是 161 的输出端有 8 个，具体怎么控制呢？想欠亨的，就回归到数电 中设计的基本思路，列出状态转移表，来找规律.通过观察终于胜利 用两个161 的输出端来反馈，这样电路就非常简单了，还能实现功 能.好不容易设计好了，却发现与非门和非门不够用，还有哪里可以 化简呢？对，194 输出端反馈，两个片子串行输入端有时输入的是 一样的，还可以进一步简化，着用就用了最少的与非门和非门实现.由于已经设计好,便开始进行最近单位一一CP脉冲发生电路. 因为书上有完好的电路图直接照着连就行.可是问题其实不是想的 那么简单,因为我一开始把持就不知道怎样布线才合理,常呈现看 着电路图不知道这条

17、线该走哪儿连过去,看过老师的示范电路板的 布线后,自己也那样连线,尽量走直线.连完时钟电路后,满以为会 很胜利，因为我的电路连得很简洁.结果是加电后LED二极管居然 常不亮,检查电路没什么问题,我开始手足无措,万用表电池还么有 配备,因此无法检测哪里犯错了,于是我把电路重新连了一遍.布线 特另外好,后来老师看到还说我做得好,可是连接电源,还是不成. 于是去咨询其他同学,她也有类似问题,换一个555就行了,于是我 也换了55芯片,就好了.可是第三天再加上电源又分歧毛病了丄ED二极管居然常是常 亮,检查电路没什么问题,而且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

18、,也可能是电容的 正负极插反了不论是什么问题,一个个排除吧.最终其实也没很 确切的知道问题的所在,因为分歧的方法都在试具体是哪个也不确 定了.我觉得最可能是电容的正负极和LED的插稳与否的问题.于 是我检测了电路测试了电位,都正确.老师过来看时让我加电他看 看,结果居然是我给的电压太高了,我在加电是不小心把电压调的 太高了,自己还没意识到那个问题,幸好没把芯片烧坏.在接下来的几天中似乎对电路着迷了,放学了也继续做,一个 模块一个模块儿的实现,在电路组装过程中,看到遇到的最年夜问 题是,芯片分布不够合理,无法很好的布线.于是在分析了我的设计 后计算了要用芯片的个数和个芯片之间的关系,依照各个控制

19、电路 的走向较合理的插好了芯片.其次就是布线,因为要求禁绝交叉,且 横平竖直,所以在保证连通的情况下,在布线上也下了很多工夫,做 到了我所见过的电路里最清晰和整齐的,对检查和排错非常的方便 唯一缺乏就是用线的颜色有点混乱,因为前后发的线的颜色分歧, 非我力所能及.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 插孔欠亨的情况,招致芯片不能正常工作.相对另外法子,我选择了 导线显示连通,因为其更明晰,更易实现.对高阻导线则只能换失落 第二轮接电后,用万用表的电压档测试单位电路的状态.如：时钟 信号电路的信号是否正常发生,控制信号电路中的计数器能否正常 计数,D触发器能否每2拍翻转一次，最

20、后在整体上测试一遍.在整个调试完成后,却遇到的新问题：彩灯演示时有时正常 有时混乱.在排除其它可能的情况下,我仔细检查各端子的连接情 况,发现清“0”端在清“0”后悬空了.将其插到电源正极后,发现 问题解决了.之所以我比他人先设计好,甚至我们班做相同设计的好多同 学都是我讲解后设计的,我却比他人后完成,是因为我的面包板欠 好,不只一个芯片无法放置好,找很多个位置都不成,最后不能不等 最先完成的同学拆了再重新连线和再次检验.而发现这些问题就有 些晚.所以尽管最后一遍效率高,也是周五下午才完成,第二周一造 成才去检查.9.元器件清单74LS161 （四位二进制同步计数器） 2个；74LS194 （

21、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） - 1个；74LS04 （六非门） 1个；发光二极管- 8个；555 1个；uf 1个；0. 01f1个；电阻：150kQ 1个；100Q4个；4.7kQ 1个；实验板一块；万用表一个；钳子一个；导线若干.从本次课程设计中我收获很多.可以总结为以下的几点：一. 巩固数电知识这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识 在整个实习过程中,都离不开对数字电路课程知识的再学习.我在 最开始,就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍（这也 是对这门课的复习,给

22、以后的复习备考减少了很多负担）,这样的 回顾让我对知识的理解更加透彻,对后来的快速设计起了很好的铺 垫作用.而且还参考了数字电路实验指导书,关于芯片的管脚,里 面有清晰的描述.二. 学会用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；虽然这不是第一次用电路板,因为之前的课内实验也用过,但 那时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的,用了电路板的很小 部份.这次的实习中应用了整块板子,实习后对电路板的组成完全 了解了,并能熟练运用.实习中通过对电路的连接也理解了如何通 过设计的分析对所连电路的整体规划,如何更好的放置芯片在最合 适的位置.在导线的连接上,如何选择导线走向是关键,我们应该尽 量保证所连电路

23、的简捷,宁短勿长,合理布线.一个完美的作品不单 要能很好的完成要求实现功能,还要在感官上给人美的享受.所以 站在美的角度对自己的电路进行改良是很需要的. 三理论联系实际据老师介绍,这是年夜学里唯一一次比力年夜型的入手实践 机会.我固然不会错过.课程设计,通过选择的题目,根据要求,运用 所学知识将其付诸实践来完成.这其实不是在课堂上的纯真听懂, 或者课后看书过程中的深入理解,这需要的是一种理论联系实践的 能力.理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论,而实际的入 手把持则完全分歧,需要考虑实际中的很多问题.有些知识在理论 上可能完全没错但到了实际中则否则.比如在动笔做题时我们是不 用考虑导线、电

24、阻是否连接的牢固合理,但在实际中,导线电阻有 时是会带来时延造成花型变动的紊乱,所以我们应尽量在连接电路 时选择最短路径.平时试验中,我就很认真,所以会比平时不入手的 要轻松地多.四和同学共同合作、互相学习、共同进步最初年夜家没思路的时候,特另外着急,我想出来了,年夜家 问我,我就说了我的思路,我们不是剽窃,只是探讨,们个人都理解 了才开始设计,我做的循环两遍,他们的都不是.我们的设计分歧, 我只是给年夜家启发了一个思考点.理论上我先设计出来,但在实 习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题,请教同学或 老师是很好的做法,节省时间,也会从他人身上学到更多.在设计时 和同学相互交流各自的想

25、法也是很重要的,分歧的人对问题的看法 总有不同，我们可以从交流中获得分歧的idea,其他人的设计也可 能有比你超卓的处所,很好的借鉴,并在年夜家的商讨中选择最优 方案最终一定会获得最好的设计方法.总结本次试验中包括CP的发生电路用的555芯片,基本电路我用了7 个芯片（一片55 5、两片161、两片194、一片00、一片 04）,分频电路用 74和151实现,一共用了9个芯片.是目前我想 出的用最少的器件,最简单的布线来实现所要求的功能.从电路图的设计、实现、仿真、实验陈说,都是自己思考和 入手.掌握了 ModelSim软件的把持，用所学习过的芯片设计电路， 并用面包板来实现,实现的过程中排错

26、、检查的能力也获得熬炼.总而言之,好好利用了学校给我们提供的此次实习的机会,努 力按要求完成了任务,提高了自己的综合思考能力和入手实践能.感觉在这段时间中自己学会了很多工具,如设计电路最重要的 是思路要清晰,一旦有了自己的思路就应该有条理有条理的探索下 去,只要坚持自己的观点和判断,就一定能实现,即便最后发现走进 了死胡同,可是探索设想与求证的过程却是通往另一条路途必不成 少的环节.经过这次试验,终于感觉到了理论与实际的分歧有多年夜了, 固然这个过程也是非常的考验人的,不单仅是考察你的理论知识, 入手能力,以及检查询题并解决问题的能力,更是在考验一个人的 耐心,细心.在连接电路的过程中,丝毫不

27、得马虎,必需清楚的了解 每个芯片的管脚分布图,功能表.说实话,在实验过程中呈现问题其实不成怕,可怕的是在反复 的受挫中没有革新,不能改进自己的方法和思路.因此自己应该具 有立异思维.通过这次课程设计,我对电子技术中的诸多知识有了更深条理 的理解,也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用 这是一次获益匪浅的实习.1 高等教育出书社王毓银编2 北京邮电学院出书社高书莉编3 童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出书 社,2005.4 臧春华.电子线路设计与应用M.北京：高等教育出书社,2005.5 邱关源 罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出书 社,2006.6 阎石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出书 社,2005.7 张阳天 韩异凡Pro tel DXP电路设计M.北京：高等教育 出书社,2005指导教师评语：指导教师签名：年月日成 果 评 定项目权重成果1、设计过程中出勤、学习态度等方面2、课程设计质量与辩论3、设计陈说书写及图纸规范水平总成绩教研室审核意见：教研室主任签字：年月日