数字电路课程设计报告(霓虹灯设计).doc

二 一一 二 一 二 学 年 第一学 期电子信息工程系脉冲与数字电路课程设计报告学 院:信息科学与工程学院专 业:电子信息工程班 级:0902学 号:200904135076学生姓名:杨浩指导教师:左韬二一一年八月二十九日一、 设计任务与要求（1） 设计一个霓虹灯闪烁电路；（2） 可以控制每段霓虹灯的点亮或熄灭。假设霓虹灯由32个发光二极管组成。（3） 每段霓虹灯发光二极管的点亮与熄灭可以通过编程来实现。(4) 每间隔一段时间，霓虹灯的图样变化一次。（5） 图样变化的间隔时间可以调节。（6） 拟定测试方案和设计步骤；（7） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件；（8） 绘出原理图，详细的连线图，描述电路的功能原理； 二、方案设计与论证设计电路原理框图如图所示设有一排n段水平排列的霓虹灯，它从左到右每间隔0.2秒逐个点亮。其控制过程如下：若以“1”代表霓虹灯点亮，以“0”代表霓虹灯熄灭，则开始时刻，n段霓虹灯 “0”，随后，控制器将一帧n个数据送至n段霓虹灯的控制端，其中，最左边的一段霓虹灯对应的控制数据为“1”，其余的数据均为零，即1000000。当n个数据送完以后，控制器停止送数，保留这种状态0.2秒，此时，第1段霓虹灯被点亮，其余霓虹灯熄灭。随后，控制器又在极短的时间内将数据1100000送至霓虹灯的控制端，并定时0.2秒，这段时间，前两段霓虹灯被点亮。由于送数过程很快，观测到的效果是第一段霓虹灯被点亮0.2秒后，第2段霓虹灯接着被点亮，即每隔0.2秒显示一帧图样。如此下去，最后控制器将数据1111111送至n段霓虹灯的控制端，则n段霓虹灯被全部点亮。二、 单元电路设计与电路原理1、单元电路原理(1) 移位寄存器 移位寄存器用于寄存控制发光二极管亮、灭的数据，对应n个发光二极管，移位寄存器有n位输出。移位寄存器的输入信号取自存储器输出的8位并行数据，为使电路简单，可以采用8位并入并出的移位寄存器，也可以采用并入串出的移位寄存器。 (2) 只读存储器只读存储器内部通过编程以写入控制霓虹灯显示方式的数据，控制器每间隔一段时间（显示定时）将n位数据送移位寄存器，所送的数据内容由存储器的地址信号确定。存储器的容量由霓虹灯的段数、显示方式及显示方式的种类确定。n段霓虹灯，m种显示方式，要求存储器的容量为 c=knm（bit）只读存储器可以采用常用的EPROM,如2764、27128、27256、27512等。 (3) 地址计数器 地址计数器产生由低到高连续变化的只读存储器的地址，存储器内对应地址的数据被送至寄存器。地址计数器输出的位数由存储器的大小决定。 64Kbyt容量的存储器对应的地址线为16根，因此要求16位计数器。其余可依次类推。地址计数器给出存储器的全部地址以后自动复位，重新从0000H开始计数。 (4) 控制门与定时器 控制门用于控制计数脉冲是否到达地址计数器。控制门的控制信号来自定时器，定时器启动时，控制门被关闭，地址计数器停止计数，寄存器的数据被锁存。此段时间发光二极管发光。达到定时值时，定时器反相，计数器重新开始计数。控制门可以用一般的与门或或门，定时器可以采用单稳态电路来实现，也可以用计数器实现。 (5) 长度计数器 长度计数器与地址计数器对应同一个计数脉冲。长度计数器工作时，地址计数器也在工作。计数器工作期间，存储器对应地址的数据被逐级移位至对应的寄存器。长度计数器的计数长度为n / 8,该长度恰好保证一帧图样（n位）的数据从存储器中读出送寄存器锁存。长度计数器达到长度值时自动清零，同时启动定时器工作。定时器启动期间，长度计数器与地址计数器的计数脉冲均被封闭。 2、设计用主要器件针对上述的原理框图，选择合适的器件来实现各单元的功能。比如，只读存储器可以采用常用的EPROM,如2764、27128、27256、27512等；地址计数器可选用74LS161；振荡电路可采用555组成多谐振荡器来实现；定时器可采用555组成的单稳态触发器来实现；移位寄存器可由74LS374构成；控制门可由典型的或门74LS08和非门74LS04构成，；长度计数器可由74LS194构成。单元电路设计如下图所示：振荡器：振荡电路采用555(1)组成多谐振荡器来实现，其振荡频率可以在1kHz1MHz之间取值。谐振荡器及工作波形：地址计数器：电路中的地址计数器由3块74LS161组成，它产生11位地址数据，计数输出直接与存储器的地址线相连。74LS161功能表：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 状态码加1 定时器： 定时器采用555(2)组成的单稳态触发器来实现，改变可变电阻RP的数值。可以改变定时器的时间，即每帧画面显示的时间。显示时间一般定在0.11s之间。单稳态触发器及工作波形：只读存储器：A0一A12：13根地址输入线。用于寻址片内的8K个存储单元。D0D7：8根双向数据线，正常工作时为数据输出线。编程时为数据输入线。OE：输出允许信号。低电平有效。当该信号为0时，芯片中的数据可由D0D7端输出。CE：选片信号。低电平有效。当该信号为0时表示选中此芯片。PGM:编程脉冲输入端。对EPROM编程时，在该端加上编程脉冲。读操作时该信号为1。VPP：编程电压输入端。编程时应在该端加上编程高电压，不同的芯片对VPP的值要求的不一样，可以是+12.5V，+15V，+21V，+25V等。长度计数器：74LS194功能表：H高电平 L低电平 X任意电平 低到高电平跳变 a- dA-D 端的稳态输入电平 b- QA0-QD0规定的稳态条件建立前QAAD的电平 c- QAn-QDn时钟最近的前QAAD的电平控制们电路：移位寄存器：74LS374真值表：LED部分：四、总原理图及元器件清单1总原理图2.模拟图：3元件清单元件序号型号功能数量备注1555构成定时器和振荡器2274LS161组成地址计数器3374LS374组成移位寄存器442764构成只读存储器1574LS194构成长度计数器16CT74LS04非门17CT74LS09与门18C1、C2、C3、C4电容各一个9R、R1、R2、R3电阻各一个10Rp滑动变阻器111LED二极管3212r电阻3213T三极管1五、电路功能测试方案1、 检测由555(1)组成的时钟振荡器的输出波形，正常情况应能在它的第3脚观测到频率为几十kHz的矩形波。如不能观测到输出波形，则应检测555(1)的工作状态，找到故障所在。2、 将定时器电位器RP调至最小值，用示波器观测计数脉冲的波形，如电路正常，可以得到如图13.3所示的波形。如没有波形或波形为连续矩形波，则检测定时器555(2)输出端第三脚的电平。正常时可以观测到输出电平以短于1s的时间周期跳变，如果不出现跳变，则定时器没有工作，应检测定时器与长度计数器的工作状态。通过检测各引脚电平或波形，根据电路的逻辑关系进行分析，排除故障。3、检测存储器各地址线的电平，在低地址端应能观测到电平的跳变。如地址线电平不发生变化，则应检测由4个74LS161构成的地址计数器工作是否正常，通过检测各IC的引脚或波形，排除故障。4、检测寄存器74LS374各引脚电平，各电平值应与电路确定的值一致，出现异常则应找出故障所在，予以排除。六、结论与心得在为这次综合课程设计准备过程中，从查资料到设计电路，我们从中收获了很多，不光是理论的知识的强化，还有实践动手的锻炼，以及对这种以前没有尝试过的课程设计的流程的熟悉。在知识方面，不仅回顾了这个学期学过的数字电路基础里的理论知识，也对相关的知识做了补充与深入。 这次的课程设计，让我对数字电路这一科有了更深入更详细的了解。发现，只有理论上的学习是远远不够的，它需要更多的搭建实物或是软件仿真，因为往往理论运用在实际中的实现是存在很多的问题及误差的。总之，这次