数字电路课程设计报告书-多路彩灯控制器.doc

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：通信工程系学生姓名：专业名称：通信工程（科学技术）班 级：科技0503实习时间：2007年12月10日至2007年12月21日一、 课程设计题目多路彩灯设计二、 设计的任务和要求1）设计八路彩灯，要求三种花型。2）选作：设计分频电路实现不同频率的彩灯电路。三、系统总体设计方案及系统框图方案一：系统的cp脉冲由555构成的多谐振荡器产生；由两片74芯片来产生三个状态的模三计数器，每个状态持续十六个cp周期，以一片161的co输出端来控制74芯片的clk输入端，以此实现每个状态持续十六个cp周期。用两片194来组成显示电路，194的八个输出端控制八路彩灯。两片74 的四个输出端组成三个状态，四个输出端分别用来控制两片194 的左移和右移控制端，并用这四个输出加上门电路来控制194 的左移和右移串行输入端。总体由cp脉冲产生模块、计数并控制模块、显示模块组成。设计原理：多路彩灯系统主要由计数器、控制器、显示器和脉冲信号发生器等模块组成。脉冲发生器是该系统中计数器和显示器的标准时钟信号源，d触发器器输出两组信号灯的控制信号，经显示电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制器显示电路的工作。计数模块脉冲产生模块控制模块显示模块单元电路的设计：1.脉冲信号产生模块时钟信号产生电路主要由555定时器组成多谐振荡器产生稳定的脉冲信号，送到其他模块电路。脉冲产生电路根据需要产生“0” 、“1 ”信号，电路图如下所示：2.频率控制电路系统的频率控制电路是由一片161完成的，161是4位二进制同步计数器，它具有同步清零，同步置数的功能，利用它的进位输出端来得到十六分频信号cp2,作为下一模块既控制模块clk 信号，以使其达到每一状态持续十六cp周期的目的。3控制模块电路 控制模块由两片74芯片完成，产生三个状态循环，来控制显示电路的输入端，每个状态持续十六个cp周期。 4显示器电路系统的显示器部分是由两块194完成。主要功能在控制电路的控制下左移和右移，加上对串行输入端的控制来完成彩灯的循环亮灭。以上为各模块电路的电路图，方案一的总电路图为：5、用到的器件：555 （1）、，74ls161(2)、74ls74(2)、74ls194(2)、74ls04(1)、74ls08(1)、74ls00(2).发光二极管7，电阻电容.6、该设计方案的优点：各个模块可以独立设计，一个模块的变动不会太影响其他模块，仿真的结果和设想的一样。7、该设计方案的缺点：没有设计分频电路，完成的功能太简单。而且用到的芯片比较多，完成的功能却不多。连接线路比较复杂，实际操作会有一定的困难方案二：彩灯系统可大体分为：脉冲产生电路，状态控制电路，信号显示电路和分频电路。其状态图如所示： 脉冲产生电路分频电路控制电路结果显示电路设计原理：时钟信号产生电路主要由555定时器组成多谐振荡器产生稳定的脉冲信号，送到其他模块电路。脉冲产生电路根据需要产生“0” 、“1 ”信号，信号通过分频电路转换频率，形成不同频率。用一个d触发器和一片151来形成分频电路，并用计数电路反馈信号控制，以达到每一次循环过程有不同的频率。用两片161来计数，并反馈信号给151，同时161的低位片输出端控制两片151的地址输入端，并结合门电路的使用给151各输入端置数。151的输出控制显示电路既两片194的左移右移以及串行数据输入端，来控制彩灯的循环花型。单元电路的设计：1. 脉冲产生电路确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。由1个555定时器，1个0.01uf电容，1个4.7 uf电容，1个4.7k电阻和1个150k电阻。其电路图如图所示：2分频电路 由一片74和一片151 来完成功能，对前32个cp周期实现二分频，后十六个cp周期不分频，这样为一循环。3、控制器：控制器是电路的核心部分，用74ls161和74ls151来完成功能，分频电路输出的脉冲来控制161的clk输入端，161和151共同完成对显示电路194的各输入端的控制。4、显示电路 前32 个cp 周期已经被二分频了，为同一花型，后面两个花型都是单节拍的。由控制电路给194的左移右移控制端以及串行数据输入端信号。194的输出端控制八路彩灯。以上是各模块电路，其总图如下：5、用到器件： 74ls74（1）、74ls194（2）、74ls00（1）、74ls151（3）、555（1）、74ls161（2），以及电容、电阻、发光二极管(7)。 6、该设计方案的优点：该设计方案用的器件都限制在老师要求的范围内，设计简洁，主要功能全部实现，并选做了分频内容。而且实际操作过程中比较简单，所需连线简单，不容易出现连线错误。7、该设计方案的缺点：模块的独立性不好，一个受一个控制过于紧密，一个模块的错误可能导致其他错误。后两个花型保持时间不够长，可以通过改进实现 。而且每次断电后再开始时第一个花型的灯最后一个不亮，循环下来才会好。通过比较，采用第二种方案更好一些。四、所选方案电路波形图分频电路的输入输出波形：控制电路的输入输出波形：显示电路的输出波形：五、电路连接步1、规划电路各芯片布局，以使电路连接简单明了。并充分利用各色彩线，以方便出问题时有的放矢地检查。2、按顺序连接各模块，连接好一个模块检测一个，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等，以防整体检测时不必要的麻烦。并且为预防电路检查时出现不应该的麻烦，连线前最好测试一下电路板有无问题。3、整体连接完毕，进行调试。如有问题，仔细检测电路，找出问题所在。自己努力思考并请教别人，解决问题，不断调试，直到达到预期结果。4、布线应尽量简洁明了。六、 电路组装中发生的问题及解决方案1、脉冲信号产生电路产生脉冲频率过快 脉冲产生电路连好后用发光二极管测试，发现灯闪的频率过快。经仔细检查发现是555电路的两个电容接反了，调整后问题得以解决。2、161电路不能正确计数 计数电路连好后发现显示结果不正确，检查后发现是161不能正确计数。仔细检查连线没有发现错误，各线都已连通。更换芯片也不能解决问题，可见不是芯片坏了。后来用万用表检测电路板，发现是电路板的问题，有两列不应该连的孔短路了。把161移位后检测正确。 3、彩灯显示花型不正确经检查二极管都能发光，而且二极管接线良好。检查后发现是194已坏，通电时芯片发烫。检查电路发现连线有错误，更改后并更换芯片，检测后还是不正确。最后用万用表检测，发现还是电路板内部短路。又把194移位后结果显示方对。 七、总结经过这两周的数电实习，给我最大的教训是认识到了做事尤其是电路方面的工作一定要细心，否则在时间上会损失很大，小小的错误都要耗费很多时间来检测和改正。但同时这次实习也让我学会了仔细和耐心。电路方面的工作需要极大的耐心。 第一天在老师的引导下，我到图书馆查阅资料。阅读了相关文献的相关内容后我独立思考，并参考文献，有了基本思路，设计出了基本电路图。第二天用电脑仿真，发现结果和预期不同。经仔细检查发现是控制电路部分的驱动方程计算错误，改正后仿真正确。然后再思考，改进电路，力求精简。第三天开始连电路，开始对芯片布局毫无思路，觉得怎样放电路连起来都不简单。经仔细分析并比较了几种布局方法，选择了一种最简单的。初步连好并测试完成了脉冲产生电路。第四天进展不大，只因161不能正确计数，百般找不到问题症结所在。耐心上经历了一次考验。到第五天总算把161的问题解决了，心里稍微轻松了一下。而且控制电路的输出已经正确。到第二周又遇到瓶颈，194显示部分不能正确工作。又经过一番挫折，才最终找到问题并解决，最终得以验收。此次实习让我认识到了理论与实际的区别。能设计出电路并仿真成功不能代表付诸实际也能轻易成功，我真切体会到这一点。实际中有很多影响因素，在书本上学理论是不能学到的。学的知识不应用于现实等于没学。虽然遇到很多挫折，但在寻找问题和解决问题的过程中才真正学到了有用的东西。并且引起了我对设计电路的兴趣。经过这次实习，我对数字电路的许多知识有了更深刻的理解，以前学的一知半解。而且发现能把所学用于实际很有趣。当然这跟以后的工作的复杂程度不能比，我会更努力学习理论知识，为实际应用打好基础。对以后的工作有了初步的了解，以后要加强实际动手操作能力，全面提高自己的能力。八、参考文献1数字系统设计-数字电路课程设计指南 高书莉 编著 北京邮电出版社2数字电路逻辑设计-脉冲数字电路 第三版 王 银 主编 高等教育出版社3数字电路实验指导书张亚婷 杨乐 郭华 王利 周丽娟 编 西安邮电学院电子与信息系统工程系西安邮电学院通信系数字电路课程设计过程考核表学生姓名李艳芹班级/学号0503/28承担任务实验室（单位）电子技术实验室所在部门电信系实施时间2007年 12月 10 日 2007年12月21日具体内容第一周星期一上午：集中讲解设计的目的及要求；介绍系统设计的一般方法和步骤；介绍部分逻辑器件及其应用；布置课程设计题目；分析设计中可能出现的问题。星期一下午星期二:学生选题，查阅资料，设计电路；教师准备器材、工具等，同时为学生检查电路设计、辅导答疑。星期三：学生完成原理图设计及连接图设计。教师审阅，开始发放元器件及工具。星期四星期五：学生进行电路安装、调试；教师继续答疑并补发元器件。第二周星期一星期二：学生继续安装调试，调试成功的学生可选作第二课题。星期三：开始验收。要求：1）功能正确；2）电路稳定；3）能自述调试中遇到的问题及解决方法。星期四星期五上午：继续验收。验收通过的学生整理、上交工具，写出设计报告。星期五下午：召开课程设计总结交流会，总结交流学生在课程设计中具有特色的设计思想和先进的调试方法。指导教师（师傅）姓名王涛职务或职称讲师指导教师（师傅）对学生的评价学习态度 认真 一般 不认真学习纪律 全勤 偶尔缺勤 经常缺勤实践能力 很强 一般 较差指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见指导教师（师傅）签字 年 月 日 西安邮电学院电信系数字电路课程设计成绩鉴定表学生姓名李艳芹班级/学号0503/28进