四路彩灯系统报告书.doc

. . . .一. 设计整体思路根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。前两个节拍由74LS194芯片左移右移功能易于实现，第三个节拍整体送数，利用异步清零将清零端置0达0.5秒即可。二. 基本原理及整体框图1、 基本原理由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR控制清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。由于程序循环一次要12秒，故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故可在前0.5秒内送数1将彩灯全部点亮，接下来的0.5秒使得74LS19清零端为零，从而将彩灯熄灭。然后重复此亮灭状态三次。因此第三个节拍只要在清零端送与CLK端相同的脉冲，但考虑到竞争冒险对电路的影响，需延迟时钟脉冲。2、 框图秒脉冲发生器彩灯显示输出电路移位计数器74LS19416进制分频器12进制循环控制器三. 单元电路设计及单元电路1、 分频器的实现在数字电子技术中，对脉冲实现分频的方法一般有两种：其一是用n进制计数器。其二是用D触发器电路。这两种方法各有优势，但在此处我只分析用74LS161计数器实现分频的电路。电路分析图及其波形图如下：2、 循环控制电路如果模N计数器的计数序列从最小1到最大数N，那么N+1是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端，将计数器清零。此处工作状态从00011100，检测到1101时异步清零。12进制循环控制电路示意图3、 彩灯花样输出电路3.1、 运用到74LS194功能表输入输出功能S1S0CPSLSRD0D1D3D3Q0Q1Q2Q300000清零111d0d1d2d3d0d1d2d3送数10111Q0Q1Q2右移1100Q1Q2Q30左移3.2、 循环器C、D信号控制74LS104的S0和S1端真值表时间节拍QDQCS0S1SRSL74LS194动作1第一节拍00101*右移12001030010400105第二节拍0101*0左移06010170101801019第三节拍1011*送清零101110101110111112由上表由：3.3、 第三节拍产生方案第三节拍到来时，前0.5s送1，后0.5s清零。可以将同一脉冲送至74ls194芯片的CLK端和端。两端口波形示意图如图1。CLK端上升沿到来时，使得74ls194送1，彩灯全亮。当清零端脉冲为0时，彩灯全灭。为了防止竞争冒险的出现，即上升沿到达时，清零端也由0至1突变， 导致即使送1之后也立刻被清零。因此可在脉冲端加一个值较小的电容，得到的波形如图2。这样便可实现第三节拍彩灯的规律变化。图1 图2彩灯输出电路如下：四. 总电路设计 四路彩灯输出系统总设计电路五. 实验、调试及测试结果分析1. 结果的调试及分析1.1.1 调试使用的主要仪器 主要用到的仪器有：数字万用表、直流稳压电源、示波器、函数信号发生器1.1.2 测试电路的方法和技巧 先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。2、 调试中出现的故障、原因及排除方法2.1.1 彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样 可能是移位计数器的S0，S1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。还可能是12进制循环控制计数器没正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。特别注意不能把非门的输入与输出接反了。2.1.2 彩灯无规律变化 原因可能是12进制循环控制电路不能产生符合要求的控制码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与非门74LS和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。2.1.3 彩灯在两次循环中间有段时间彩灯不亮 原因可能是控制循环的进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于进制，导致有放空时间。应该检查是否正常工作，确保能实现进制计数。六. 总结与设计调试体会 两周的数字电子课程设计，两个字的感觉：充实！整个过程都一步一个脚印，这种感觉在大学里很难找到，而这次课程设计让我有此体会！ 一开始，老师把课题布置下来，接下来的时间基本上都是自己安排。大体可以分为两个阶段：设计仿真电路图，调试实际电路。 对于这个课题，网上的资料也很多。我更多的是借鉴，然后自己对电路进行改进。其中让我感到最困难的是：第三个节拍彩灯变化的实现，看起来很简单，但每次实现起来着实难以下手，这也耗费了我很多时间。不过让我解决此问题的是一种突然的灵感，百思不得其解而后豁然开朗的感觉真是让人感到很高兴。看到自己设计的电路仿真成功，那一刻也许就是成功的感觉。 调试的过程需要的是耐心和细心。开始连接电路时，我就对每一个芯片都进行了检查，这有两个好处：其二是熟悉芯片的原理，这有利于对整体电路的检查；其二当然是测试芯片的好坏。当我将整个电路图连接好后，想是见证奇迹的时刻了。然而我一打开电源，什么反应都没有，我才知道接下来的工作才是真正具有挑战性。面对突如其来的一切，我选择了淡定，这年代很流行的一个词，居然被我用上了。然后就是各个部分的检查：芯片是否有电源，导线是否连接好，电路图是否正确。经过种种情况的分析，最后成功的看到了彩灯有规律性的变化。 整个课程设计很磨砺人，让我学到的是真正的知识，如何将理论付诸于实际。我总感觉之前的学习都很肤浅，没有目标性。大学里能够真正学点东西的还属在课程设计当中。因此我很欣慰，自己踏踏实实的过了两周。这对我以后的学习也起到了引导作用。因为理论学习其实还是比较容易的，更难得是实际中的应用。现在想来，也许学校安排的课程设计有着更深的意义吧，它不仅让我们发挥自己的创新性和实践性，也让我们体验到团队合作的力量。七. 附 录1. 元器件清单名称数量功能74LS1612可预置四位二进制异步清除计数器74LS04 1六反相器74LS32 1二输入端四或门74LS20 1四输入端双与非门74LS194 1四位双向通用移位寄存器74LS74 1D触发器电容1脉冲信号发生器1发光二极管42. 参考文献电子技术与EDA课程设计郭照南主编电子技术基础实验与仿真 孙胜麟、郭照南主编 电子线路设计、实验、测试 谢自美主编目录一.设计整体思路1二.基本原理及整体框图11、基本原理12、框图2三.单元电路设计及单元电路31、分频器的实现32、循环控制电路43、彩灯花样输出电路53.1、运用到74LS194功能表53.2、循环器C、D信号控制74LS104的S0和S1端真值表53.3、第三节拍产生方案7四.总电路设计9五.实验、调试及测试结果分析101.结果的调试及分析101.1.1调试使用的主要仪器101.1.2测试电路的方法和技巧102、调试中出现的故障、原因及排除方法102.1.1彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样102.1.2彩灯无规律变化102.1.3彩灯在两次循环中间有段时间彩灯不亮11六.总结与设计调试体会11七.附 录131.元器件清单132.参考文献13宁可累死在路上