移位寄存器型彩灯控制器.doc

课程设计(综合实验)报告( 20 - 20 年度第 学期)名 称：数字电子技术综合实验题 目：移位寄存器型彩灯控制器院 系： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 成 绩： 日期： 年 月 日 课程 课程设计（综合实验）报告一、课程设计(综合实验)的目的与要求1、目的2、要求二、设计框图及电路系统概述1、理论原理框图2、电路概述三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算1、节拍发生器2、控制信号产生电路3、花型产生器4、完整电路图四、设计、安装及调试中的体会五、参考文献附录（设计流程图、程序、表格、数据等）电子技术综合实验任 务 书一、 目的与要求1.目的1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2.要求2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。 2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。 2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。 2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。 2.5学会撰写综合实验总结报告。 2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。 2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。二、 主要内容共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。1.移位寄存器型彩灯控制器2.智力竞赛抢答器3.电子拔河游戏机4.交通信号灯控制器5.数字电子钟6.电子密码锁7.电子秒表8.数字电子钟（硬件）三、 进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1设计内容讲解、学习资料查找方法半天2发放材料、清点材料、熟悉各种元器件半天3查找资料、设计电路、绘制总体电路草图1天4电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试2天5验收、撰写实验报告1天四、 设计（实验）成果要求1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。五、 考核方式综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。1.设计方案的正确性与合理性；2.实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；3.总结报告；4.答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。学生姓名：指导教师： 年 月 日一、课程设计(综合实验)的目的与要求1.目的：1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2.要求：2.1采用移位寄存器设计一个彩灯控制器。2.2要求三种变换花型以某种节拍按一定规律改变彩灯的输入电平值，控制彩灯的亮与灭，按预定规律显示一定的花型。花型1：8路彩灯从左至右顺次渐亮，全亮后逆序渐灭；循环两次。花型2：8路彩灯从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭；循环两次。花型3：8路彩灯分两半，从左至右顺次渐亮，全亮后则灭，循环三次。花型真值表如下： 节拍顺序编码 QA QB QC QD QE QF QG QH花型1(左右)花型2花型3 (左右) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 150 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 0 0 01 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 00 0 1 1 1 1 0 00 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 1 11 1 0 0 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 0 0 01 1 0 0 1 1 0 01 1 1 0 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1二、设计框图及电路系统概述1.理论原理框图彩灯控制器以某种节拍按一定规律改变彩灯的输入电平值，控制彩灯的亮与暗，按预定规律显示一定的花型。因此彩灯控制器需要一个能按一定规律输出不同高低电平编码信号的编码发生器，同是还需要编码发生器所要求的时序信号和控制信号。彩灯控制器的原理框图如图所示。控制电路编码发生器彩灯定时器2.电路概述通过两个16进制计时器级联组成一个产生128个节拍的节拍控制电路，再根据逻辑关系并连接合适的门电路与移位寄存器相连形成控制电路，移位寄存器的输出端与彩灯相连产生相应花型，用单刀双掷开关构成清零系统，设计框图如下图。清零系统节拍发生器控制信号产生电路花型产生电路三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算1节拍发生器根据题意，三种花型循环一次需要63个节拍，再加上最后总清零的节拍一共是64个节拍，所以快慢两种频率各64拍，一共需要128节拍。根据计数器的分频特性，采用2个16进制的计数器级联，各个端口分别为2分频，4分频，8分频，16分频，32分频，64分频，128分频，最后一个端口用作清零信号。分频部分：128分频信号用作控制快慢节拍的信号，初始时，74LS161（U2）的QC端为低电平，经反相器为高电平，通过逻辑电路可使低频脉冲作用于计数器，64拍后QC变为高电平，此时高频脉冲信号作用于计数器。清零部分：清零分两部分，第一部分：开关控制的清零，开关接地时清零；第二部分：最后一个端口即256分频信号控制的清零，每次大循环完毕清零一次。电路图如下：2控制信号产生电路以慢节拍为例，132节拍显示花型1，其中18节拍移位寄存器左移8位，916节拍移位寄存器右移8位，1732节拍重复116节拍内容。3348节拍显示花型2，其中3340节拍移位寄存器1左移，移位寄存器2右移，4148节拍重复3340节拍内容。4963节拍显示花型3，其中4953节拍2个移位寄存器左移，5458、5963节拍重复4953节拍内容。64节拍总清零74LS194的功能表功 能0异步清0100保持101右移110左移111预置 要实现上述花型显示，关键是移位寄存器的功能控制端S0、S1和左移SL、右移SR的信号电平如何组织。 通过上面有关控制器部分的论述，将6位二进制数的输出变量Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5作为组合逻辑电路的输入，而寄存器的S0、S1、SL、SR作为组合逻辑电路的输出，这样就实现了控制器对移位寄存器的控制。下表为控制器的慢节拍或快节拍的64个状态与74LS194的控制信号的对应关系： 控制器的状态与74LS194芯片的控制信号对应关系节拍移位寄存器74LS194（1）移位寄存器74LS194（2）片1控制移动的信号片2控制移动的信号14000000000011左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=058000100 000111左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=0912001000 001011右移，右移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=0S0(2)=11316001100 001111右移，右移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=0S0(2)=11720010000 010011左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=02124010100 010111左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=02528011000 011011右移，右移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=0S0(2)=12932011100 011111右移，右移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=0S0(2)100011右移，左移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=1S0(2)=03740100100 100111右移，左移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=1S0(2)=04144101000 101011右移，左移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=1S0(2)=04548101100 101111右移，左移，S1(1)=0S0(1)=1S1(2)=1S0(2)=04952110000 110011左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=053110100清零清零CR(1)=0CR(2)=05457110101 111000左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=058111001清零清零CR(1)=0CR(2)=05962111010 111101左移，左移，S1(1)=1S0(1)=0S1(2)=1S0(2)=06364111110 111111清零清零CR(1)=0CR(2)=0真值表卡诺图化简=0000011110001111011111110000100000=0100011110001 111011111110000100000=1000011110000000010000110000100000=1100011110001 111011111111111101111化简得：= +卡诺图化简 =0000011110000000010000111111101111=0100011110000 000010000111111101111=1000011110001111011111111111101111=1100011110000 000011000110011100100化简得： +卡诺图化简DSR(2)=00000111100001110000101111=01000111100001110000101111=1000011110001111010000110000101111=110001111000 011110化简得：卡诺图化简=0000011110001111011111110000100000=0100011110001 111011111110000100000=1000011110001111011111111111101111=1100011110001 111011111111111101111化简得：卡诺图化简 =0000011110000000010000111111101111=0100011110000 000010000111111101111=1000011110000000010000110000100000=1100011110000 000011000110011100100化简得： 卡诺图化简=00000111100000000111111110=0100011110000 0000111111110=1100011110001111010000110000101111=100001111000111101111111110111化简得：由真值表易知，故得所有表达式：= +根据上述式子通过相应的门电路与移位寄存器的控制端口相连，采用逻辑门电路实现，如下图所示：3花型产生器用两片74X194的八路输出端口分别与彩灯相连，即可产生相应的花型，电路图如下：4将上面三部分合并得到完整电路图四、设计、安装及调试中的体会1、本实验涉及的变量较多，在设计电路图时，要学会从大方面到小方面进行分析，学会从部分到整体来分析电路。2、在设计电路图时，每一步都要认真思考，认清各元件的功能。3、在设计电路图时，要懂得利用身边没所有的元件来代替没有的元件。4、由于应用元件比较多，结构较为复杂，每一步都要仔细认真，分块接线检验，否则整个检查十分困难，把握好每个模块是实验的关键。尤其是连控制电路时，由于连线过多，容易出错。5、连接完成后一定要认真地从头到尾测试一遍，看符不符合题设要求。6、通过这次试验，让我对数电知识有了更进一步的认识，学会了如何利用书本中的知识解决现实生活中的问题。同时，本次综合实验综合考察了组合逻辑电路、移位寄存器、时序逻辑电路的应用设计，让我了解了分析问题时的方法和如何对一个综合电路的设计步骤。7、虽然在几天的努力下完成彩灯控制电路的设计并仿真成功，但整个设计过程下来，觉的自己对各种元件的使用还不够熟练，觉得以后要多动手做实验，已达到熟练地使用各种电子元件。五、参考文献1 李月乔. 数字电子技术基础. 中国电力出版社, 20082 李旭彦. 电子技术综合实验.中国电力出版社.2010附录（设计流程图、程序、表格、数据等）附录1：彩灯控制器一次总循环的状态列表时钟周期的序号状态Qh Qg QfQe Qd Qc Qb Qa时钟周期的序号状态Qh Qg QfQe Qd Qc Qb Qa初始状态000000003300011000花型2第一次循环110000000花型1第一次循环340