彩灯控制器 数字电子电路课程设计报告书.doc

电气工程学院数字电子电路课程设计报告书目 录一、课程设计的题目与要求课程设计题目要求2二、所需实验器材所需实验器材2三、题目分析与原理设计1、总体思路32、各个模块的实现33、真值表4四、各个模块的制作1、23进制计数器的实现52、5-32译码器53、控制电路的实现64总体电路图的实现7五、仿真结果1、奇数灯依次灭82、偶数灯依次灭83、所有灯按照序号灭8六、心得体会 9七、参考文献10一、课程设计的题目与要求课程设计题目：彩灯控制器题目要求：1有十只LED，L0L92显示方式：先奇数灯依次灭 再偶数灯依次灭 再由L0到L9依次灭3显示间隔可自定。二、所需实验器材器材名称所需数量74161N芯片2个与非门1个函数信号发生器1个+5V电源2个74LS138芯片5个与门40个LED灯10个非门10个三、题目分析与原理设计1、总体思路按课程设计题目来看，要求实现彩灯的23 种状态（开始灯全部亮1种状态，奇数的灯依次灭5种状态，然后所有的灯再全部亮1种，偶数的灯依次灭5种，然后所有的灯全部亮1种，然后所有的灯按照序号从L0到L9依次灭10种状态，总共23种），此处可以用一个23 进制的计数器实现，从0 到22 种状态来控制这23 种状态（0000010110），然后把计数器用译码器译成可以实现的高低电平。 再写出这23 种状态和计数器数字对应的真值表，计算出逻辑式，便可实现题目要求的彩灯控制。由上分析可知需要一个23进制的计数器，然后需要一个5-32译码器，然后在由门电路连接LED灯。总体设计思路图如下所示： 10个LED灯各个门电路的连接5-32译码器 函数信号发生器23进制计数器2、各个模块的实现（1）23 进制计数器：用2 个74161N（异步清零，同步置数的功能）扩展成23进制计数器，采用并行进位方式、整体置数。因为计数器需要23种状态（00000-10110），所以，我先用两片74161连接成256（16*16）进制计数器，然后在输出为10110（22）时，用与非门来控制两计数器的LDN端清零，同时清零信号可以作为进位信号输出。(2) 5-32 译码器：用5 个74LS138 实现5-32 译码功能，左边的一片74LS138芯片用于控制选择右边的四个芯片的打开或者闭合，右边的四个芯片中的前三个每个都控制八种状态，共二十四种状态，题目要求为二十三种，所以把最后的两种状态都设置为灯全部灭，即灯全部灭的时间是其他状态的时间的两倍，当接通时，先通过左边的芯片进行右边芯片的选择，然后右边的芯片再进行位移控制终端的状态，从而实现二十三种状态的循环。(3) 各门电路的连接：根据真值表，用与门将各个电路和LED灯连接起来。3、真值表由23进制计数器输入一个五位二进制数（0000010110），输出彩灯所对应的状态（1表示灯亮，0表示灯灭），对应的真值表如下：L0L1L2L3L4L5L6L7L8L901111111111110111111112101011111131010111111410101011115101010101161010101010711111111118011111111190101111111100101011111110101010111120101010101131111111111140111111111150011111111160001111111170000111111180000011111190000001111200000000111210000000001220000000000四、各个模块的制作1、23进制计数器的实现23进制计数器是由两个16进制计数器构成，并且将23进制计数器的每个状态输出，令其对应LED的每一种状态，计数器实现如下图（下图中左侧的5个输出从左到右电位依次升降低）:2、5-32译码器5-32译码器是由5个74LS138实现，它的实现原理同用2个74LS138实现4-16译码器的原理，设计图如下图：3、控制电路的实现由真值表可得到各个LED灯的逻辑表达式如下：L0M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M12；L1=M0+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13；L2= M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M12+M13+M14；L3= M0+M1+ M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15；L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M12+M13+M14+M15+M16；L5=M0+M1+M2+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17；L6=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18；L7=M0+M1+M2+M3+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M19；L8=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M10+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M20；L9=M0+M1+M2+M3+M4+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15+M16+M17+M18 +M19+M20+M21。LED灯和译码器连接如下图：4总体电路图的连接：五、仿真结果1、 奇数灯依次灭2、 偶数灯依次灭3、 灯依次全部灭六、心得与体会该电路的设计基本上完成了课程设计题目所要求的功能，但是仍然存在一定的不足之处，例如，在灯按照序号从L0到L9依次灭的时候，在灯L2、L3、L4灭的时候会出现短暂的闪烁。同时，在设计这个电路的时候遇到了许许多多的问题，例如：怎样能使10路彩灯能够自动循环点亮，又怎样控制，怎样把这些模块电路连接起来等等问题。这些问题都是要经过上网查找资料，了解芯片的功能，在草稿纸上一遍又一遍的画出电路图，经过化简后再在软件multisim10上做出相应的电路图。在这次的课程设计中，我收获很大，具体有以下几方面：1. 学以致用。在学习数字电路的过程中，上课我们都是些理论上的东西，并且在做实验的过程中也是照着书本上给出设计好的电路连线，不需要自己设计，一直都没有运用到自己所学的知识来设计一个电路。而这次的课程设计真正让我们通过自己的知识和努力，通过自己查阅资料、分析来解决问题。这不但能巩固我们所学的理论知识，又能提高我们的实践能力。2. 学会分析解决设计上的问题。在设计电路的过程中，每一步都要自己去思考分析，遇到问题时，经常都要经过多次的尝试来解决改善问题，有时一点微小的错误都会影响到结果的正确以否，而这些微小的错误经常都是很难发现，这就需要我们学会仔细分析问题。3. 懂得了如何去安装调试电路。设计电路，关键步骤还在于解决实际遇到的问题，安装调试出正确的结果，这一步是至关重要也是最为困难的。很多时候，理论分析正确，调试却不一定正确，这关键也在于调试过程是否正确。我们必须遵循一些安装调试步骤，先单个调试，然后再整体调试，先局部再整体，切不可一次安装后调试，因为这样是很难查出错误来。总之，这次的课程设计的收获是很大的，通过这几天的努力，终于设计出“彩灯控制器”的电路。从开始的无从下手到熟悉各种芯片的功能，到尝试着设计各个单元电路，再到每个细节问题错误的改进和矫正，这里的每一步都是一个