《数字电子技术基础》课程实验报告-可编程彩灯电路设计.docx

数字电子技术基础课程实验报告实验课程： 数字电子技术实验 实验名称： 可编程彩灯电路设计 班 级： - 姓 名： 周辉阳 -任课老师： 李维敏 -上课时间：周六下午16:00-18:00 - 目录1.实验设计目的32.设计任务与要求.33.实验原理及设计思想.44.整体电路图.45.单元电路分析.51)555多谐振荡电路：52)分频电路：73)编译码电路：94)数据选择器电路：105)主体电路图部分：116.仿真报告：197测试结果：.238.设计创新点、体会及心得24周辉阳感想：.24廖晴碧感想：25席宝亮感想：.269.元件清单：2610.参考文献：27可编程彩灯控制电路的设计一、 实验目的1. 掌握计数器、移位寄存器电路的原理及应用。2. 掌握比较器或译码电路的应用方法。3. 掌握555电路的应用方法。二、 设计任务与要求1. 分析下图所示电路功能。2. 完成振荡电路及分频电路的设计。3. 连接整体电路，测试分析实验结果。要求：1. 彩灯电路循环速度肉眼可辨。2. 可2灯循环，3灯循环，8灯循环。最少6灯，可扩展成可逆循环。3. 要求有功能扩展。三、 实验原理及设计思想可编程彩灯电路实验将传统的四个时序电路：移位寄存器、计数器、555定时器和组合实验综合为一个完整的设计型时序、组合电路综合实验。如已知电路图所示，10线4线优先编码器74LS147和3线8线译码器74LS138实现对控制信号的编码、译码功能，两片单向移位寄存器74195级联实现6位信号的逻辑右移，集成定时器7555用来产生定时脉冲，通过调节电阻和电容值可改变脉冲频率，分频器部分主要功能是改变输入移位寄存器的信号的频率，实现彩灯亮灭频率的改变。基本的设计原理和思想如上所述，但我们小组在分频器部分进行了创新设计，在老师已给的电路基础上，又加了6个芯片（三片74LS161、两片74LS151、一片74LS00），以实现对频率选择的功能。而且设计了7个逻辑电平开关和一个复位开关，以实现自动变频和手动变频的切换。四、 整体电路图整体电路共分为六大模块：555振荡电路模块、编码译码模块（74LS147、74LS138）、移位寄存器模块（两片74LS195）、显示模块（25盏LED灯）、计数器模块（74LS161）、分频器模块（两片74LS161）和数据选择器模块（两片74LS151）。五、 单元电路分析1. 555振荡电路模块设计（1） 电路图（2）555工作原理及功能表555定时器是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，由于内部电压基准使用了3个5k电阻，故名555电路。3个5k的电阻组成分压器，其内部的两个电压比较器构成一个电平触发器，上触发电平23UCC，下触发电平为13UCC，在5角控制断外接一个参考电压UC，可改变上下触发电平值，两比较器的输出端分别接RS触发器，由于与两个或非门组成的RS触发器必须用负性信号才能触发，因此只有同相端的电位高于反相端时，RS触发器才能翻转。外接控制电压时，555的逻辑功能表：输入比较器输出输出uTHuTRRDR(C1)R(C2)OUT放电三极管TdD0dd0导通UR1UR21101截止UR1UR2111不变不变UR1UR21010导通不外接控制电压时，555逻辑功能表：输入输出uTHuTRRDOUT放电三极管dd00导通23UCC13UCC11截止23UCC13UCC1不变不变23UCC13UCC00导通当接通电源时，由于电容C2两端的电压不能突变，定时器的低触发端2端为低电平，输出端3端为高电平（内部结构决定）。电源经过R1、R2给电容充电，当电容电压充到电源电压的2/3时，555内部的CMOS管导通，输出为低电平。电容通过R2和CMOS管放电，当电容两端的电压下降到低于1/3电源电压时，CMOS管截止，电容放电停止，电源通过R1、R2再次向电容充电。如此反复，形成振荡。忽略CMOS管导通电阻可得：振荡周期为：T=0.7(R2+2R1)*C1充电时间为：tw1=0.7(R2+R1)*C1放电时间为：tw2=0.7R1*C1根据实验所需，我们设计的元件参数如下：R1=5.1K，R2=1K，C1=1uF，C2=10nF计算得：T=7.8410-3s f=127.55Hz128Hz2. 分频器设计（1） 电路图74ls161引脚图与管脚功能表资料74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)输入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状码加1 从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。3. 编译码器模块设计（1） 电路图我们采用74LS148优先编码器，和74LS138译码器来实现，其电路图如下所显示：4.数据选择器的设计8选1数据选择器74LS15174LS151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图所示，功能见表。 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号选择控制端（地址端）为CA，按二进制译码，从8个输入数据D0D7中，选择一个需要的数据送到输出端Y，G为使能端，低电平有效。WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号（1）使能端G1时，不论CA状态如何，均无输出（Y0，W 1），多路开关被禁止。（2）使能端G0时，多路开关正常工作，根据地址码C、B、A的状态选择D0D7中某一个通道的数据输送到输出端Y。WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号如：CBA000，则选择D0数据到输出端，即YD0。如：CBA001，则选择D1数据到输出端,即YD1，其余类推。工作原理74LS151功能表:WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号输入输出 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号数据选择选通YWC BAGHLHL WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D0 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D0 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D1 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D1 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D2 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D2 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D3 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D3 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D4 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D4 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D5 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D5 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D6 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D6 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D7 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D7 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号5.主体电路（编码译码模块、移位寄存器模块、）设计（1） 电路图（2）8线3线优先编码器74LS138实物图74LS148 为 8 线3 线优先编码器，共有 54/74148 和 54/74LS148 两种线路结构型式， 将 8 条数据线（07）进行 3 线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。 利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。 芯片管脚 管脚图07 编码输入端(低电平有效) EI 选通输入端(低电平有效) A0、A1、A2 三位二进制编码输出信号即编码 输 出 端(低电平有效) GS 片优先编码输出端即宽展端(低电平有效) EO 选通输出端，即使能输出端 功能表 输入输出EI01234567A2A1A0GSEOHXXXXXXXXHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLXXXXXXXLLLLLHLXXXXXXLHLLHLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXLHHHLHHLHLXXXLHHHHHLLLHLXXLHHHHHHLHLHLXLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLHH高电平 L低电平 X任意 逻辑及工作极限 逻辑图电源电压：min 4.75V type 5.0V max 5.25V 输入电压：min 2V 发射极间电压：5.5V 工作环境温度 ：070 贮存温度：65150（2） 移位寄存器74LS194应用功能： 4 位双向通用移位寄存器本电路有46 个等效门,有并行输入、并行输出、右移和左移串行输入,操作模式控制输入和一个直接无条件清零。设计者实际上组合了系统设计者在一个移位寄存器上所要的全部特点。注：74LS194参数六、测试结果及分析由于我们焊接的时候都很仔细，所以测试的时候几乎是一次成功，但是还有不完美之处。一开始，我们的设计的电阻值是R1=R2=10K，电容值是C1=100nF，理论上的振荡周期T=0.7(R1+R2)C1=0.7(10+10)10010-6=0.0014s ，理论上的振荡频率f=1T=714.28Hz ，可以说频率是比较高的，测试时这个问题表现得很明显。当小灯循环闪烁到后面时，肉眼很难分辨出灯的亮灭，所以后来我们经过计算，重新设置元件参数值为R1=5.1K，R2=1K，C1=1uF，解决了上一问题。七、仿真报告分步仿真：（1）555振荡器（2） 提供时钟电路（3） 编译码电路（4） 总电路仿真A路接第一个开关，B路接第三个开关（第二个开关空置），由图像显示：TA=2TB=30.979ms fB=2fA=64.56HzA路接第四个开关，B路接第五个开关，由图像显示：TA=2TB=498.861msfB=2fA=4.00HzA路接第六个开关，B路接第七个开关，由图像显示：TA=2TB=124.829msfB=2fA=16.02Hz八、设计创新点、体会及心得 本次实验是对我们动脑动手功能的一次检验，我们的分工依然和上次一样，由于用到的芯片较多，在中发买材料的过程很是曲折，比如彩灯人家问要0.3还是0.5的，我们就不懂这个还有区别？然后随便买了个回来发现距离不够，又去重买。还有一些其他的器件同型号的也是有很多区分，但是我们都不是很懂。这样就很浪费时间。之后我们又利用几天的时间来分析电路、布线，同时进行焊接。焊接结束后，进行调试的过程中还是出现了很多问题。大部分原因是焊接方面的，出现了一些漏焊，错焊，检查的过程是枯燥的，一点点重查，很是闹心，我们花了一整天的时间查出很多小错误，但是结果仍然不对，这让人很沮丧，甚至都想要不要重焊一块板子，最后我们用示波器再次检查发现在分频电路的输出有问题，两个大小不同的电容接反了 ！等到终于出正确的结果感觉心情很复杂。在这次实验中，不足的就是我们没有合理的来安排焊接的过程。其实最佳的方法是焊接一部分，调试一部分,结果出来之后再接着焊接下一部分。这样既可以避免一些不必要的错误，还可以方便调试和检测。像我们这次花在检查上的时间都可以重新焊块板