数字电子技术——彩灯设计.doc

课程设计报告( 2011 - 2012年度第二学期)名 称：数字电子技术课程设计 题 目： 彩灯控制系统 学 号： 20101131 学生姓名： 林欣 成 绩： 第11页/共11页目 录一、电子技术课程设计的目的与要求3二、课程设计名称及设计要求3三、系统框图及简要说明3四、方案选择与论证4五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等）5六、总体电路8七、实验过程8八、心得体会8附录I： 总原理图9附录II：元器件清单9附录III：multisim仿真图11一、 电子技术课程设计的目的与要求（一）、课程设计目的电子技术课程设计作为电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握电子电路系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 按照本学科教学培养计划要求，在学完专业基础课数字电子技术和模拟电子技术课程后，分别进行相应的课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型电子电路系统的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。（二）、课程设计内容与要求1教学基本要求 要求学生独立查阅有关资料，完成选题设计，掌握数字或模拟电子系统设计方法；完成系统的组装配及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，并写出课程设计报告。2能力培养要求（1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。（2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。（4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。（5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。二、课程设计名称及设计要求设计题目：彩灯控制系统1设计任务本课题要求设计一个具有一定变幻功能的四路彩灯显示系统。2技术指标及要求：（1）四路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。（2）四路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。（3）四路彩灯同时点亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒, 反复4次。三、系统框图及简要说明彩灯状态实现单元用了移位寄存器74LS194，以及4片或非门，4片非门以及4个LED发光二极管。与前面的单元一起实现彩灯功能彩灯状态选择单元 用了8选1数据选择器74LS151芯片。用于前八个状态的状态选择彩灯状态循环控制单元 用74LS161制成的12进制计数器，用于控制彩灯的12个状态信号发生单元用了用555芯片构成的1HZ信号发生器四、方案选择与论证方案论证：根据设计要求，四个彩灯从左向右逐次渐亮，四个彩灯从右向左逐次渐灭，四个彩灯同时点亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒, 反复4次。所以一次彩灯循环共有12个状态，需要设置12个状态循环。又因需要从左到右逐次点亮，从左向右逐次灭掉，所以想到了用移位寄存器。又因时间频率的要求，用555定时器以及47k，51k以及10，0.01 电容组成了一个1HZ的多谐震荡器，用于产生稳定的矩形脉冲。芯片选择：主要选用了74LS161、74LS151、74LS191、NE555四种主芯片以及74LS04和74LS20实现功能。555芯片以及47k，51k以及10，0.01 电容组成了一个1HZ的多谐震荡器，用于产生稳定的矩形脉冲。74161为十六进制计数器，可将其制成一个12进制计数器，通过置数法将其置回0000来实现的12个状态。74151为八选一数据选择器，由于彩灯分为每一种工作状态为4个计数，使前四个和后四个状态都独立为一种工作方式。尔后当QD为1时，即计数到1000在第九个状态时，使能端 为1则芯片不工作，输出保持在Y为0,Y为1的状态。74194为四位双向移位寄存器，可选择左移右移的工作方式，与移入的数据为0或1来控制彩灯的移动与亮灭。先是右移时，右移数据为1，所以彩灯依次点亮。然后是左移数据为0，所以彩灯一次灭掉。而后的四个状态可使其停留在移0的状态下，因四个或非的一端输入为0,则四个或非门的输出主由时钟控制，此4个计数实现闪烁。五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等）1、信号发生单元芯片：NE555图表 1 1HZ555多谐振荡器电路参数计算：555频率计算公式： f=1/T当R1=47K；R2=51K；C1=10uF时，计算可得f=0.95Hz近似为1Hz。2、彩灯状态循环控制单元芯片：74161图 2 74LS161连接图原理：DCBA为预置数端，使ABCD=0000开始计数，到1011为12个状态。用四与非门将其通过与非运算为0，送给LOAD端，使其又取预置数0000。3、彩灯状态选择单元芯片：79151图3 74LS151连接图原理：74151为八选一数据选择器，通过161的CBA给出151的CBA信号从000变到111，则依次选择D0D3四个1,D4D7四个0状态，则在前四个状态中，Y为1,Y（即图中W）为0,后四个状态中Y为0,Y为1。当QD为1时，在第九个状态，即计数到1000时，使能端 为1，芯片不工作，输出保持在Y为0,Y为1的状态。4、彩灯状态实现单元芯片：79194图4 双向移位寄存器电路图原理：74194为二位双向移位寄存器当S0=1,S1=0时，芯片实现右移功能；当S0=0,S1=1时，芯片实现左移功能。SL为0,说明左移的数据为0,即彩灯左移为灭；SR为1,说明右移的数据为1,即彩灯右移为亮。由于S0、S1是接在Y与Y中的，所以前4个时钟信号下S0S1为10,后四个时钟信号则为01，即彩灯的前四个状态为右移1（往右逐个亮），后四个状态为左移0（往左逐个灭）。剩下的四个状态中，S0S1还为01则继续实现右移0。则第9到第12个状态下四个或非门的其中一个输入端都为0,灯的亮灭取决于时钟脉冲。4、六、总体电路图6彩灯控制系统仿真图七、实验过程1、进行电路的构思及设计2、在MULTISIM8.0上进行电路仿真，验证电路的可行性3、在面包板上进行电路的布局与连接4、进行电路测试5、修改完善电路八、心得体会 此次课程设计中，我做的是彩灯控制系统。首先是电路的构思和设计。根据题目要求，四个彩灯从左向右逐次渐亮，四个彩灯从右向左逐次渐灭，四个彩灯同时点亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒, 反复4次。所以一次彩灯循环共有12个状态，需要设置12个状态循环所以想到了用一个74161，用来制成一个12进制的计数器。又因需要从左到右逐次点亮，从左向右逐次灭掉，用移位寄存器实现，而在考虑74194的状态选择时想到的是74151。又因时间频率的要求，用555定时器以及47k，51k以及10，0.01 电容组成了一个1HZ的多谐震荡器，用于产生稳定的矩形脉冲。 第二步是进行multisim仿真，验证电路的可行性。进行完了前期准备工作后，就开始实战操作了，这一步进行了比较久，在连接过程中，出现了很多问题，通过解决这些问题，我收获了很多东西。首先，我的第一个问题出现在555芯片上，这是一个很大的问题，因为555芯片不工作，整个电路板都不工作。经过仔细的比对图纸，检查了两个电阻和两个电容的值数，纠正了错误的连线，555终于正常工作了，但是检查灯还是都不亮，为了避免多余的做工，我先用万用表一一测量了每个芯片的每个管脚都是否正确的连接，又纠正了一些连线，经检查后灯亮了，但是后几个状态不太对，我又目测了一遍连线，发现原来改动的一些部分的一些旧线使一竖排的孔多用了，导致了错误，经过纠正，电路板终于可以如题目要求的正常工作了。 我们小组的其他同学在做的过程中还出现了一些其他的问题，其中最难发现问题根源的一个问题是不稳定这个问题，有同学板子做出来后测试前几个周期还都对，后来就不对了，或者再测试，就错了。经过好几次的线路检测和芯片检测，都找不出问题所在，最终通过分析，我们觉得问题应该还出在555芯片上，因为555是整个电路板的核心，它的脉冲如果给对了，其他芯片才能正常工作，如果这个电路板不稳定的话，就应该是555不稳定导致的，而不稳定只可能和与555相连接的电阻、电容有关了，我们试着换了个电阻，再测试，就对了。此次课程设计，使我更加深入的认识以及掌握了一些芯片的功能。还学会了更多关于电路检验的方法，比如说测芯片是否损坏除了可通过测其功能的方法检查。电路中导线多，可能会忽略一个小的细节而没有检查出来，这就需要我们特别细心才行。这次设计中，我和我们组的同学虽然出现了不少问题，但是通过我们自己的努力，都一一解决了，我通过动手对数电这门课有了更深的理解，对错误的排查能力有了很大的提高。总之，自己的电路设计能力有了一次很大的进步。附录I总原理图信号发生单元用了用555芯片构成的1HZ信号发生器彩灯状态实现单元用了移位寄存器74LS194，以及4片或非门，4片非门以及4个LED发光二极管。与前面的单元一起实现彩灯功能彩灯状态选择单元 用了8选1数据选择器74LS151芯片。用于前八个