數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)—多路彩燈控制器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　多路彩燈控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　一 課程設(shè)計(jì)題目（與實(shí)習(xí)目的）</p><p>　?。ㄒ唬㈩}目：多路彩燈控制器</p><p><b>　?。ǘ?、實(shí)習(xí)目的：</b></p><p>　　1．進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)。</p><p>　　2．熟悉幾

2、種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　3．了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問(wèn)題。 </p><p>　　4．培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。</p><p>　　5．?dāng)?shù)點(diǎn)課程實(shí)驗(yàn)是大學(xué)中為我們提供的唯一一次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐的能力。</p><

3、;p><b>　　二 任務(wù)和要求</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)彩燈控制的方法很多，如EPROM編程、RAM編程、單板機(jī)、單片機(jī)等，都可以組成大型彩燈控制系統(tǒng)。因?yàn)楸敬螌?shí)習(xí)要求設(shè)計(jì)的彩燈路數(shù)較少，且花型變換較為簡(jiǎn)單，故采用移位寄存器型彩燈控制電路。</p><p>　　（1）彩燈控制器設(shè)計(jì)要求</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)8路移存型彩

4、燈控制器，基本要求：</p><p>　　1. 8路彩燈能演示至少三種花型（花型自擬）；</p><p>　　2. 彩燈用發(fā)光二極管LED模擬；</p><p>　　選做：實(shí)現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的變換。</p><p>　　（2）課程設(shè)計(jì)的總體要求</p><p>　　1．設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)題目要求；</p><

5、;p>　　2．電路在功能相當(dāng)?shù)那闆r下設(shè)計(jì)越簡(jiǎn)單越好；</p><p>　　3. 注意布線，要直角連接，選最短路徑，不要相互交叉；</p><p>　　4. 注意用電安全，所加電壓不能太高，以免燒壞芯片和面包板。</p><p><b>　　三 總體方案的選擇</b></p><p>　?。?）總體方案的設(shè)計(jì)<

6、/p><p>　　針對(duì)題目設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)分析與思考，擬定以下方案：</p><p>　　方案：總體電路共分三大塊。第一塊實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生；第二塊實(shí)現(xiàn)花型控制電路；第三塊實(shí)現(xiàn)花型演示電路。（由于產(chǎn)生快慢兩種節(jié)拍只需用74和151兩片芯片組成分頻電路即可，沒(méi)有什么意義，所以我就在實(shí)際連接電路中沒(méi)有用分頻電路?。?lt;/p><p><b>　　主體框圖如下： <

7、;/b></p><p>　　根據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)器材各模塊總體思路如下：</p><p>　　時(shí)鐘信號(hào)CP電路：參見(jiàn)高等教育出版社 王淑銀主編的《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課本P404圖10-3-6（a）;</p><p>　　花型控制電路：由兩片161 4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器和一些與非門共同完成；</p><p>　　花型演示電路：由兩片194

8、 雙向移位寄存器完成（可左移右移完成花型變化）；</p><p>　?。?）總體方案的選擇</p><p>　　將整個(gè)設(shè)計(jì)電路的功能模塊化，設(shè)計(jì)思想比較簡(jiǎn)單。元件種類使用少，且都較熟悉易于組裝電路。這么設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是：電路設(shè)計(jì)模塊化，易于檢查電路，對(duì)后面的電路組裝及電路調(diào)試都很方便。。花型控制電路簡(jiǎn)單，花型也比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　設(shè)計(jì)確定將電路模塊化，通過(guò)

9、仿真軟件也實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　四 單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)所使用的元件：</p><p>　　74LS161（四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器） ---------------------------- 2個(gè)；</p><p>　　74LS194（移位寄存器） ------

10、----------------------------- 2個(gè)；</p><p>　　74LS00（四二輸入與非門） ---------------------------- ------3個(gè)；</p><p>　　74LS04（六非門） ------------------------------------------- 1個(gè)；</p><p>　　發(fā)

11、光二極管---------------------------------------------------8個(gè)；</p><p>　　555 ----------------------------------------------------- 1個(gè)；</p><p>　　電容： 4.7μf ---------------------------------------

12、-------1個(gè)；</p><p>　　0．01μf -----------------------------------------------1個(gè)；</p><p>　　電阻： 150kΩ ------------------------------------------------------------ ---------1個(gè)；</p><p>　

13、　100Ω ----------------------------------------------3個(gè)；</p><p>　　4.7kΩ ------------------------------------------------1個(gè)；</p><p><b>　　2.各個(gè)單元電路</b></p><p><b>　?。?/p>

14、1）花型演示電路</b></p><p>　　由二片移位寄存器194實(shí)現(xiàn)。其八個(gè)輸出信號(hào)端連接八個(gè)發(fā)光二極管，用其輸出信號(hào)控制發(fā)光二級(jí)管的亮滅實(shí)現(xiàn)花型演示。而花型之間的變化通過(guò)花型控制電路的輸出即161級(jí)聯(lián)的計(jì)數(shù)器輸出和與非門共同的邏輯組合控制（它們由同一個(gè)CP脈沖控制）。</p><p><b>　　四 種花型變換樣式</b></p>&l

15、t;p>　　花型1：8路燈分兩半。從右至左漸亮，全亮后，再分兩半從右至左漸滅。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型2：從兩邊到中間對(duì)稱地逐次漸亮，全亮后仍由兩邊到中間逐次漸滅。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型3：從中間到兩邊對(duì)稱地逐次漸亮，全亮后仍由中間到兩邊逐次漸滅。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型4：從右至左順次漸亮。全亮后再逐次漸滅。循環(huán)一次。&

16、lt;/p><p>　　將兩片194分為低位片1和高位片2，再將其輸出端從低位到高位記為L(zhǎng)1~L8，所以四種花型的L1~L8的狀態(tài)值變化情況如下表：</p><p>　　移存器輸出狀態(tài)編碼表</p><p>　　我的設(shè)計(jì)是前三種花型完整顯示兩遍，第四種花型顯示一遍，所以花型完全顯示一遍需要的總結(jié)拍數(shù)為64，即1~16顯示第一個(gè)花型，17~32顯示第二個(gè)花型，33~48顯

17、示第三個(gè)花型,49~64顯示第四種花型。</p><p>　　要用194實(shí)現(xiàn)四個(gè)花型的連續(xù)顯示必須對(duì)兩片194的S1、S0和SL、SR一句節(jié)拍的變化進(jìn)行相應(yīng)的改變；兩片161級(jí)聯(lián)的輸出端從Q0~Q7根據(jù)變化的花型頻率選用高位片的Q5、Q4分別去控制194的S1和S0、SR則由161的另一些輸出端經(jīng)過(guò)與非門來(lái)進(jìn)行邏輯控制。列出各花型和其對(duì)應(yīng)的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號(hào)及節(jié)拍控制信號(hào)列表如下：(用^A表

18、示A的取非)</p><p>　　控制結(jié)果表達(dá)式如下：</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　?。?）時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路:</p><p><b>　　輸出時(shí)鐘信號(hào)</b></p><p><b>　　接地</b></p

19、><p>　?。?）花型控制信號(hào)電路：</p><p>　?。?）花型顯示電路：</p><p><b>　　五 總體電路圖</b></p><p>　　六 電路組裝完成后，實(shí)際測(cè)量各個(gè)單元電路的輸入、輸出信號(hào)波形</p><p>　　基本CP脈沖產(chǎn)生電路波形圖與分頻電路波形圖</p>

20、<p>　　2. 測(cè)試波形: (列依次為CP脈沖,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D即L1---L8)</p><p><b>　　花型一：</b></p><p><b>　　花形二：</b></p><p><b>　　花型三：</b></p><

21、p><b>　　花型四：</b></p><p>　　七 電路組裝、調(diào)試過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題及解決的方法。</p><p>　　在組裝電路過(guò)程中，面包板上經(jīng)常有一些壞格子，線插不進(jìn)去，或者有一些芯片插上后又彈出來(lái)；在電路組裝完成后，由于以上原因，不得不改變布線，才能使整個(gè)電路都接觸良好。</p><p>　　在時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路和161計(jì)數(shù)部分

22、組裝完成后就已經(jīng)進(jìn)行了調(diào)試，沒(méi)有問(wèn)題；到完全組裝完成后，加上電源，首先當(dāng)然是沒(méi)有一步成功，再次檢查時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路，正常；161計(jì)數(shù)也正常；我開(kāi)始對(duì)每一級(jí)與非門和非門進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有的與非門一會(huì)正常，一會(huì)工作又不是“正常的與非功能”？難道是芯片與問(wèn)題？而非門都正常工作！由于與非門比較多，00芯片的接線比較密集，檢查起來(lái)有些費(fèi)力，一時(shí)沒(méi)了頭緒。想想后，我又用萬(wàn)用表測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這些00芯片的有些管腳沒(méi)有接通，而且使勁摁著芯片也沒(méi)有作用！現(xiàn)在要

23、是拆了重新弄會(huì)比較麻煩，我直接從管腳所在的插孔接線出來(lái)，效果比較好。這樣做完后，很幸運(yùn)，前三個(gè)花型都出來(lái)了，而第四個(gè)花型好像還有些亂。再仔細(xì)對(duì)比了仿真圖與電路板的線路，突然發(fā)現(xiàn)Q2Q3接的不對(duì)！接成了Q2Q3,將其改過(guò)來(lái)后，奇跡發(fā)生了，四個(gè)花型都完整的顯示出來(lái)。</p><p><b>　　八 分析和總結(jié)。</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)星期一領(lǐng)題，并開(kāi)始設(shè)

24、計(jì)畫電路圖，直到周二下午，發(fā)現(xiàn)開(kāi)始想的兩種方案都不是很好，又重新設(shè)計(jì)，用了一種新的思路，結(jié)果很快就完成了，仿真也比較順利；周三開(kāi)始組裝，周四調(diào)試，周五圓滿完成?？雌饋?lái)不是很難，但做起來(lái)也不是那么容易！通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我也有不少的收獲：</p><p>　?。ㄒ唬㈧柟虜?shù)電知識(shí)</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要不斷的翻閱數(shù)電書，查相關(guān)的資料，對(duì)書上的只是有了進(jìn)一步的鞏固。</p&

25、gt;<p>　?。ǘW(xué)會(huì)用電路板、芯片、導(dǎo)線等組裝各種功能的電路；</p><p>　　學(xué)會(huì)了簡(jiǎn)單的電路的組裝，檢查，調(diào)試，對(duì)遇到的問(wèn)題如何解決等</p><p>　?。ㄈ⒗碚撀?lián)系實(shí)際</p><p>　　這是理論聯(lián)系實(shí)際的很好的途徑，把書上學(xué)的理論知識(shí)真正的應(yīng)用到實(shí)際中去，雖然只是非常簡(jiǎn)單的電路，但也非常的重要。</p>&l

26、t;p>　　（四）、和同學(xué)共同合作、互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步</p><p>　　開(kāi)始的思路好像有些問(wèn)題，設(shè)計(jì)遇到了一些麻煩，經(jīng)過(guò)和同學(xué)討論，發(fā)現(xiàn)了自己的誤區(qū)，相互都有很好的促進(jìn)。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，鞏固了理論知識(shí)，很好的把理論和實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)了動(dòng)手能力，能夠系統(tǒng)的去思考整個(gè)電路