电子课程设计报告-八路循环彩灯设计.doc

湖南文理学院课程设计报告湖南文理学院课程设计报告 课程名称： 电子技术课程计 教学院部： 电气与信息工程学院 专业班级： 电子 0912101 班 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 2010 年 6 月 25 日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 电子课程设计报告-八路循环彩灯 2 目录 一、摘要一、摘要4 二、二、 设计任务和基本要求设计任务和基本要求.4 三、工作原理三、工作原理4 1.设计任务.5 2. 基本要求.5 五、单元电路的设计五、单元电路的设计6 1、编码发生器7 2、控制电路8 3、节拍控制脉冲的产生10 4、脉冲产生电路11 六、整体电路图（见附录）六、整体电路图（见附录）13 七、电路的组装七、电路的组装14 八、调试过程八、调试过程14 九、课程设计体会九、课程设计体会15 参考文献参考文献16 电子课程设计报告-八路循环彩灯 3 八路循环彩灯设计八路循环彩灯设计 一、摘要一、摘要 八路循环彩灯整体电路结构较简单。整个电路由四部分组成：脉冲发生电路、控制 电路、编码电路以及驱动电路。其中脉冲发生电路极其重要，使其发出不同的频率产生 不一样的脉冲。这样才能使电路更好的工作，是控制发光二极管的一项主要装置之一。 而在这之中位了得到一个适当的频率对于电容值和电阻值的设置就很重要了。其次还有 控制电路和编码电路要想得到设计所要求的花型就必须设计适合的控制电路和编码电路。 综上，在参考老师所提供的参考下就得出了如下的结构框图。 关键字关键字：脉冲发生电路，控制电路，编码电路，驱动电路，发光二极 管，循环彩灯 二、二、 设计任务和基本要求设计任务和基本要求 1. 设计任务 用中、小规模集成电路设计一台节目的彩灯控制器。用移位寄存器为核心元件设计 制作一个 8 路彩灯控制器。 2. 基本要求 彩灯控制电路要求控制 8 个以上的彩灯。 要求彩灯组成两种以上花形，每种花形连续循环两次，各种花形轮流交替: 花型由中间到两边对称地依次点亮，全部点亮后，仍由中间向两边依次熄灭。 花型 8 路灯分两半，从左自右顺次点亮，再顺次熄灭。 三、工作原理三、工作原理 根据设计要求。本系统由控制电路、编码发生电路、输出驱动电路和彩灯等组成。 其彩灯控制器的总体框图如图（1）所示。 电子课程设计报告-八路循环彩灯 4 图（1）彩灯控制器的总体框图 其中编码电路由两片 4 位通用移位寄存器 74194 来实现；控制电路为编码器提供所 需的节拍脉冲和驱动信号，控制整个系统工作；节拍脉冲由 74163 和 7474 来控制以满足 74194 的驱动要求；脉冲产生电路则由 555 时基电路构成的振荡器来产生。 四、单元电路的设计四、单元电路的设计 根据选定的花型，可列出移位寄存器（编码发生器）输出状态编码，如表（2）所列 表（2） 输出状态编码 编码 l1l2l3l4l5l6l7l8 编码 l1l2l3l4l5l6l7l8 节拍 脉冲 花型花型 节拍 脉冲 花型花型 1000000000000000061110011101110111 2000110001000100071100001100110011 3001111001100110081000000100010001 4011111101110111090000000000000000 51111111111111111 1.编码发生器 编码发生器根据花型要求，按节拍送出 8 位状态编码信号，以控制彩灯按规律亮或灭。 控 制 电 路 脉 冲 产 生 电 路 编 码 电 路 驱 动 电 路 彩 灯 电子课程设计报告-八路循环彩灯 5 因为彩灯路数较少，花型要求不多，所以本次设计选用移位寄存器输出 8 路数字信号， 控制彩灯发光。编码发生器采用两片 4 位通用移位寄存器 74194 来实现。74194 具有异步 清零和同步预置、左移、右移和保持等多种功能，控制方便灵活。下表（3）是 74194 功 能表： 输入输出功能 s1s2qa*qb*qc*qd* 保持00qaqbqcqd 左移位01rinqaqbqc 右移位10qbqcqdlin 载路11abcd 图 3 74194 功能表 在 194 中 左移意味从 qd 移到 qa 右移意味着从 qa 移到 qd 所以，在 194 中，只要控制 s0/s1 的输入 就可以控制左移和右移. 移位寄存器的 8 个输出信号通过驱动电路控制彩灯，编码器种数据输入端和控制端 的接法则由要求所产生的花型来决定。 其单元电路如下图（4）所示： 2、控制电路 控制电路为编码器提供所需的节拍脉冲和驱动信号，控制整个系统工作。控制电路 的功能有两个：一是按需要产生节拍脉冲；二是产生移动寄存器所需要的各种驱动信号。 电子课程设计报告-八路循环彩灯 6 前者较简单后者较麻烦。控制电路设计通常按照下述步骤进行。 逐一分析单一花型运行时，移位寄存器的工作方式和驱动要求，按照表（1）中所列 工作状态，决定 74ls194 移位寄存器工作的状态顺序，同时是分析移位寄存器工作方式 和驱动要求的依据。现以花型为例说明之。 花型是 8 拍一个循环，第 9 拍自动清零。因此 74ls194 的清零端可以直接接高电 平。74ls194 要实现的 q0 向 q3 移动，对 74194 来讲都市右移，q3 经过反相器 74ls04 后 应与 dsr 连接，而 dsl 可以是任意电平。控制端 s0 应与高电平相连接，而 s1 应与低电 平相连接。具体如图（5）所示。 同样花型也是 8 拍一个循环，自动清零。状态变化需两片对称，将其中一片 74ls194 接成 4 位左移扭环计数器，另外一片 74ls194 接成 4 位右移扭环计数器就可实 现。接线如图（6）所示。 电子课程设计报告-八路循环彩灯 7 由以上两种花型工作方式可知，对 u1 和 u2 来讲，mr始终接高电平。u2 在两种不 同的情况下，工作方式不变，因而相应的控制端 s1 接低电平，s0 接高电平。u1 随工作 方式的不同，其控制端的要求也不同，具体的控制端与信号的关系如表（7）所列。其中 a 为节拍控制信号。 表（7） 控制端与信号关系 控制端花型花型 s0aa s1 /a/a dsr /l8 dsl l1 3、节拍控制脉冲的产生 按照上面分析可知，每种花型是 8 拍一循环，一种花型循环两次需要 16 拍。实现一 个大循环需要 32 拍。因此节拍控制脉冲需要基本节拍脉冲、16 拍的节拍脉冲和 32 拍的 节拍脉冲。节拍脉冲的控制由 74161 和 7474 来控制产生，其中 74161 是一个 16 位的计 数器，74ls74 是由两个 d 触发器构成。74161 和 7474 的逻辑功能表如下表（8）和（9） 所示： 表（8） 74161 功能表 清 0预 置 使能时 钟 预置数据输入输出 rldepetcpabcdqaqeqcqd l llll hl abcdabcd hhl 保持 hh l 保持 hhhh 计数 由图可知，首先加入一清零信号 rd0,使各触发器的状态为 0，即计数器清零。rd 变为 1 后,加入一置数信号 ld=0,该信号需维持到下一个时钟脉冲的正跳变到来后。在这 个置数信号和时钟脉冲上升沿的共同作用下，各触发器的输出状态与预置的输入数据相 电子课程设计报告-八路循环彩灯 8 同(图中 dcba1100)这就是预置操作。接着是 ep=et=1，在此期间 74161 处于计数状态。 这里是从预置的 dcba1100 开始计数，直到 ep=0,et=1，计数状态 结束，转为保持状 态，计数器输出保持 ep 负跳变前的状态不变,图中 qdqcqbqa=0010,rco=0. 高速 cmos 集成器件 74hc161、74hct161 的逻辑功能、外形和尺寸、引脚排列顺序等与 74161 完全 相同 表（9） 7474 功能表 输 入输 出 d sd r cpd 1n q 1n q 0110 1001 00 11110 11001 11 n q n q 节拍控制脉冲产生电路如图表（10）所示 4、脉冲产生电路 本次设计的循环彩灯所需要的脉冲是用 555 时基电路与 4 个外接元件构成的多谐振荡器 电路产生的。 表（11） 555 定时器功能表 电子课程设计报告-八路循环彩灯 9 输入输出 rdu11u12u0v 00 导通 1ur1ur20 导通 1ur1ur2 不变不变 图（11）是由 555 定时器构成的多谐振荡器电路，其中 r1=51k, r2=51k, c2=1uf, c1=10nf。 根据电路，参考电压 ur1=2/3ucc, ur2=1/3ucc. 接通电源后，电容 c 被充电，vc 上升，当 vc 上升到 2vcc/3 时，触发器被复位，同时放电 bjt t 导通，此 时 vo 为低电平，电容 c 通过 r2 和 t 放电，使 vc 下降。当 vc 下降到 vcc/3 时，触发器 又被复位，vo 翻转为高电平。电容器 c 放电所需的时间：tpl=r2 c ln20.7 r2 c； 当 c 放电结束时，t 截止，vcc 将通过 r1、r2 向电容器 c 充电，vc 由 vcc/3 上升到 2vcc/3 所需的时间为：tph=(r1+r2) c ln20.7 (r1+r2) c； 当 vc 上升到 2vcc/3 时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到了一 个周期性的方波，其频率为：f=1 / (tpl+tph) 1.43 / (r1+2 r2) c 由于 555 内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源 电压和温度变化的影响很小。 电子课程设计报告-八路循环彩灯 10 图（12） 脉冲发生电路 五、整体电路图五、整体电路图（见附录） 六、使用元件六、使用元件 74ls161(1 个) 74ls194(3 个) 74ls74(1 个) 74ls04(1 个) 发光二级管（8 个） 电容； 1uf（1 个） 0.01uf(1 个) 电阻；51k(2 个) 200（8 个） 实验板 1 块； 万用表 1 个 导线若干 七、电路的组装七、电路的组装 电子课程设计报告-八路循环彩灯 11 按第四步中的整体电路在实验板上开始进行组装。在电路组装过程中，遇到的最大 问题是，当时设计时考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多“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。我组装的时候开始没注意排版， 按这电路图纸就照办，结果刚好把整体排版排反了出现了许多的“特长线”.还有就是焊 接的时候很容易造成“虚焊”和短路，这些都会引起调试不成功，做不出成品。焊接最 后的电源和接地时一定要注意补药接反了，否则就会在调试的时候把芯片烧坏，引起不 必要的损失。 八、调试过程八、调试过程 焊接完电路后再仔细检查电路，尤其是检查各个芯片的接地和接电源不要接反了。 之后就把所有的要接地和要接电源的接在一起在引两根接地和接电源的总线出来拿到试 验平台上去进行调试。在试验平台上选出+5v 的直流电压接在电路板上，首先看彩灯是否 会亮，若亮就看其是否按照预期的花型亮，若是就说明焊接电路板是焊接的非常仔细非 常认真一次通过。若不亮就要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；还要检查电路连接是否正确， （按一般情况做电路板时应该按模 块进行调试，也就是没做一个模块就应拿到实验平台上去调试看其是否正确，但由于本 个设计循环彩灯整个电路都较简单，所有模块一起调试也可以。但调试时若不能正常工 作我们就要分模块进行检查）首先用万用表测试脉冲发生电路，看其是否正常产生脉冲， 经过一定的调试使其正常产生脉冲即可，在测试其他的使其不短路即可。经过以上调试 就基本可以使发光二极管亮。接着在调试其花型，我们在调试时发现当初始状态两边不 对称时电路就无法得到设计所要求的花型。本来按设计思路还要加一个开关来控制 74161 的置数端使电路一开始就能按照要求的花型运行，但由于首先不知道没把器材上报学校 所以没有充足的器材来完善，所以电路板就只能做到这一步，就是每次运行电路时一定 要找到一个正确的初始状态。这样整个调试过程就完成，而且电路板就成功完成。 九、课程设计体会九、课程设计体会 通课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职 业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这 句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是 为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 说实话，课程设计真的有点累然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味 这 3 周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第 一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春 眠不知晓”的感悟 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致课程 设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有 2 次因为不小心我计算出错， 电子课程设计报告-八路循环彩灯 12 只能毫不情意地重来但一想起周伟平教授，黄焊伟总检平时对我们耐心的教导，想到 今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些