四路彩灯显示系统-数电课程设计.doc

课 程 设 计 课程名称课程名称 数字电子技术课程设计数字电子技术课程设计 课题名称课题名称 四路彩灯显示系统四路彩灯显示系统 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级级 电气电气 0781 班班 学学 号号 200713010110 姓姓 名名 指导教师指导教师 赵振兴赵振兴 2010 年年 1 月月 10 日日 2 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称课程名称 数字电子技术数字电子技术 题题 目 四路彩灯显示系统目 四路彩灯显示系统 专业班级 电气 0781 学生姓名 学号 10 指导老师 赵振兴 审 批 任务书下达日期 2010 年 1 月 4 日 设计完成日期 2010 年 1 月 10 日 3 设计内容与设计要求 一 任务与要求 用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系 统 要求如下 1 开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进 行循环显示 2 程序由三个节拍组成 第一节拍时 四路输出 Q1 Q4依次为 1 使第 一路彩灯先点亮 接着第二 第三 第四路彩 灯点亮 第二节拍时 Q4 Q1依次为 0 使第 四路彩灯先灭 然后使第三 第二 第一路彩 灯灭 第三节拍时 Q1 Q4输出同时为 1 态 0 5 秒 然后同时为 0 态 0 5 秒 使四路彩灯同时点 亮 0 5 秒然后同时灭 0 5 秒 共进行 4 次 每个 节拍费时都为 4 秒 执行一次程序共需 12 秒 3 用发光二极管显示彩灯系统的各节拍 4 功能扩展 自选 二 设计要求 1 设计思路清晰 给出整体设计框图 2 设计各单元电路 给出具体设计思路 电路器件 3 总电路设计 4 计算机仿真 5 安装调试电路 6 写出设计报告 4 主要设计条件 1 提供直流稳压电源 示波器 2 提供 TTL 集成电路芯片 电阻 电容及插接用 面包板 导线等 说明书格式 1 课程设计封面 2 课程设计任务书 3 说明书目录 4 设计总体思路 基本原理和框图 5 单元电路设计 各单元电路图 6 总电路设计 总电路图 7 安装 调试步骤 8 故障分析与电路改进 9 总结与设计调试体会 10 附录 元器件清单 11 参考文献 12 课程设计成绩评分表 5 进 度 安 排 第一周 星期一 上午 安排任务 讲课 星期一 星期五上午 查资料 设计 第二周 1 计算机仿真 2 测试元器件 3 调试单元电路 4 调试总电路 5 调试验收 6 写课程设计报告书 星期五下午 答辩 地 点 实验楼四楼 电子综合实验室 6 第一章第一章系统组成及工作原理系统组成及工作原理 7 1 1设计总体思路 7 1 2基本原理 8 1 3框图 8 第二章第二章单元电路设计单元电路设计 8 2 1时钟脉冲产生电路 9 2 1 1具体实现 9 2 2循环控制电路 10 2 2 1具体实现 11 2 3彩灯花样输出电路 11 2 3 12 3 1运用到运用到 74LS19474LS194 功能表功能表 12 2 3 2通过 12 进制计数器的输出端的 C D 信号控制移位寄存器的 S0 和 S1 及其 端真值表 13 2 3 3彩灯花样输出电路接线图 14 第三章第三章总电路设计总电路设计 15 第四章第四章实验 调试及测试结果分析实验 调试及测试结果分析 16 4 1结果的调试及分析 16 4 1 1调试使用的主要仪器 数字万用表 直流稳压电源 示波器 函数信号 发生器16 4 1 2测试电路的方法和技巧 16 4 2调试中出现的故障 原因及排除方法 16 4 2 1彩灯只有一种花样变化 没有其它的花样 16 4 2 2彩灯无规律变化 16 4 2 3彩灯的四种花样都有 但一次循环结束到另一次循环开始中间有段时间彩 灯不亮 16 第五章第五章总结与设计调试体会总结与设计调试体会 17 第六章第六章附录附录 18 6 1元器件清单元器件清单 18 6 2参 考 文 献 18 第一章第一章 系统组成及工作原理系统组成及工作原理 7 1 1设计总体思路 根据课程设计课题要求 要实现本系统 需要设计时钟脉冲产生电路 循环控制电路和彩灯花样输出电路 时钟脉冲产生电路由 74LS161 分频 实现 循环控制电路由 74LS161 和 7420 实现 彩灯花样输出电路由 74LS194 和相关逻辑电路实现 1 2基本原理 由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器 74LS194 实 现 通过控制 S0 和 S1 实现右移 左移和送数 通过控制 CLR 控制清零 第一节拍为 1 右移 第二节拍为 0 左移 第三节拍全亮为置数 1 全灭为 清零 由于程序循环一次要 12 秒 故需要一个 12 进制的计数器控制循 环 第三节拍时要求 1 秒内全灭全亮各一次 故脉冲信号频率比先前两 节拍时脉冲频率要快一倍 而且要以相同频率控制 CLR 可以用一个 16 进制计数器产生脉冲信号 一路送到控制 12 进制的计数器 一路经逻辑 电路送到移位寄存器 1 3框图 移位计数器 74LS191 12 进制循环控制器多 谐 振 荡 器彩 灯 显 示 输 出16 进制分频计数器 8 第二章 单元电路设计 2 1时钟脉冲产生电路 用 555 定时器构成多谐振荡器 电路输出便得到一个周期性的矩形脉 冲 其周期为 T 0 7 R1 2R2 C 1 1 控制 74LS161 模十六计数器电阻值和电容值可设为 R1 1K R2 20K C 0 01 F 由公式 1 1 计算得 T 0 287S U1 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 8 THR 6 CON 5 TRI 2 GND VCC 555 VIRTUAL R1 1kohm R2 51kohm C1 0 01uF C2 10uF 5V VCC 9 图 时钟电路 2 1 1具体实现 74LS161 用 555 定时器构成多谐振荡器 电路输出便得到一个周期性的矩形脉 冲 控制 74LS161 模十六计数器 74LS161A 输出 2 倍 T 的脉冲信号 B 输 出 4 倍 T 的脉冲信号 大约为 1S 10 2 2循环控制电路 12 进制循环控制电路示意图 74LS161 由 74163 代替 11 2 2 1具体实现 如果模 N 计数器的计数序列从最小 0 到最大数 N 1 那么 N 是多余的 可用与非门检测 N 当 N 出现时 与非门输出为低 用它控制清零端 CR 将计数器清零 此处工作状态从 0000 1011 检测 1100 异步清零 2 3彩灯花样输出电路 2 3 12 3 1运用到运用到 74LS19474LS194 功能表功能表 输输 入入输输 出出 C C R R S1S1S0S0CPCPSLSLSRSRD0D0 D1D1 D2D2 D3D3Q0Q0 Q1Q1 Q2Q2 Q3Q3 功功 能能 0 0 0 00 00 00 0 清清 零零 1 11 11 1 d0d0d1d1d2d2d3d3d0d0d1d1d2d2d3d3 送送 数数 1 10 01 1 1 1 1 1Q0Q0 n n Q1Q1 n n Q2Q2 n n 右右 移移 1 11 10 0 0 0 Q1Q1 n n Q2Q2 n n Q3Q3 n n 0 0 左左 移移 12 2 3 2通过 12 进制计数器的输出端的 C D 信号控制移位寄存 器的 S0 和 S1 及其 端真值表 CLK时间 节 拍 QDQCS0S1 SR SL 74LS194 动作 010010 120010 230010 34 第 一 节 拍 0010 1 右移 1 450101 560101 670101 7 脉冲 B 8 第 二 节 拍 0101 0 左移 0 81011 9 9 1011 1010 第 三 1011 13 111011 12 13 11 14 15 脉冲 A 12 节 拍 送 清零 由上表由 CLR A QD 进一步分析可知 脉冲控制 A QD B 2 3 3彩灯花样输出电路接线图 14 第三章 总电路设计 15 第四章 实验 调试及测试结果分析 16 4 1结果的调试及分析 4 1 1调试使用的主要仪器 数字万用表 直流稳压电源 示波器 函数信号发生器 4 1 2测试电路的方法和技巧 先检查各芯片的电源和地是否接上 检查线路是否连好 前面的检 查无问题后 再根据彩灯的变化情况 确定可能的原因 分析是哪个 功能模块出了问题 用数字万用表检查各模块的功能 发现并改正错 误 直到符合要求为止 4 2调试中出现的故障 原因及排除方法 4 2 1彩灯只有一种花样变化 没有其它的花样 可能是移位计数器的 S0 S1 端控制出现问题 应该检查循环控制逻 辑电路 还可能是 12 进制循环控制计数器没正常工作 检查是否正确接 线 芯片是否功能完好 特别注意不能把非门的输入与输出接反了 4 2 2彩灯无规律变化 原因可能是 12 进制循环控制电路不能产生符合要求的控制码 检查 模十六计数器的 CP 脉冲是否稳定 看 74LS161 是否能计数 即 QA QB QC QD是否周期性的高低电平变化 前面没问题 再检查与非门 74LS 和非门 74LS04 是否能实现它们逻辑功能 4 2 3彩灯的四种花样都有 但一次循环结束到另一次循环开 始中间有段时间彩灯不亮 17 原因可能是控制循环的 进制计数器没有真确接线 实际控制循 环的进制大于 进制 导致有放空时间 应该检查 是否 正常工作 确保能实现 进制计数 第五章 总结与设计调试体会 当完成这次课程设计后 感觉很有成就感 因为从电路设计到电路 仿真 接线 测试都是自己独立完成 第一次真正体会到将所学知识运 用到实践中的快乐 最终得到了完美的结果 但是最重要的是经历一次 如此难忘的过程 设计电路最重要的是思路要清晰 一旦有了自己的思路就应该有层 次有条理的探索下去 只要坚持自己的观点和判断 就一定能实现 即 便最后发现走进了死胡同 但是探索设想与求证的过程却是通往另一条 道路必不可少的环节 在完成这次设计的过程中 我也有参考相关的设计课题 甚至还花 了很长的时间去弄清楚别人的设计 以至于后来被束缚住 对自己的设 计没有了头绪 学习吸收别人的长处是应该的 但是不能完全沉浸进去 要有自己的思路和观点 并且努力去实现 这就是快乐的最大源泉 在完成设计的过程中自己不断解决了一个个的难题 要通向最后的 成功 绝不会一蹴而就 饭要一口一口地吃 路要一步一步地走 做事 要踏实 实事求是 不能好高骛远 在电路接线过程中 也出现了很多问题 问题多并不可怕 可怕的 是在反复的受挫中没有革新 不能改进自己的方法和思路 通过这次课程设计 我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理 解 也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用 这是一次 获益匪浅的实习 第六章 附录 18 6 1元器件清单元器件清单 555 定时器 模十六计数器 74LS161 与门 74LS09 与非门 74LS20 非门 74LS04 或门 74LS32 74LS194 双向移位寄存器 发光二极管等 6 2参 考 文 献 电子技术课程设计 历雅萍 易映萍编 电子技术课程设计指导 彭介华 主编 高等教育出版社 电子线路设计 实验 测试 谢自美主编 华中理工出版社