四路彩灯设计实验报告

- 1 - 电子工艺与数字逻辑 课程设计报告 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 撰写日期：2013.06.09 肇庆学院肇庆学院 计算机学院计算机学院 软件学院软件学院 第一章课程设计内容与要求分析 - 2 - 目录目录 第一章第一章 课程设计内容与要求分析课程设计内容与要求分析.- 2 - 11 任务与要求任务与要求 .- 2 - 12 设计要求设计要求.- 3 - 13 主要设计条件主要设计条件.- 3 - 第二章第二章 设计总思路设计总思路.- 4 - 21 基本原理基本原理.- 4 - 22 框图框图.- 4 - 第三章单元电路设计第三章单元电路设计.- 5 - 31 时钟脉冲产生电路时钟脉冲产生电路.- 5 - 3 31 11 1.- 5 - 3 31 12 2 具体实现具体实现.- 6 - 32 循环控制电路循环控制电路 .- 6 - 3 32 21 1.- 6 - 3 32 22 2.- 7 - 33 彩灯花样输出电路彩灯花样输出电路.- 7 - 3 33 31 1 运用到运用到 74LS19474LS194 功能表功能表.- 7 - 3 33 32 2 通过通过 1212 进制计数器的输出端的进制计数器的输出端的 C C、D D 信号控制移位寄存器的信号控制移位寄存器的 S0S0 和和 S1S1 及其及其 端真值表端真值表.- 7 - 第四章第四章 总电路设计总电路设计.- 9 - 第五章第五章 实验、调试及测试结果分析实验、调试及测试结果分析.- 10 - 51 结果的调试及分析结果的调试及分析.- 10 - 52 调试中出现的故障、原因及排除方法调试中出现的故障、原因及排除方法.- 10 - 5 52 21 1 彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：.- 10 - 5 52 22 2 彩灯无规律变化：彩灯无规律变化：.- 10 - 5 52 23 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： .- 10 - 第六章第六章 课程设计总结课程设计总结.- 11 - 参考文献参考文献.- 11 - 附录附录.- 11 - 第一章课程设计内容与要求分析 第一章 课程设计内容与要求分析 11 任务与要求任务与要求 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 Q1Q4 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，Q4Q1 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，Q1Q4 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） 12 设计要求设计要求 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； 13 主要设计条件主要设计条件 提供直流稳压电源、示波器、 TTL 集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、 导线若干。器件清单：555 定时就器(1)，模十六计数器 74LS163(1)， 与门 74LS09(2)，与非门 74LS20(1)，非门 74LS04(2)，或门 74LS32(5)。74LS194 双 向移位寄存器(1)，发光二极管(4)，导线若干。 第二章 设计总思路 - 4 - 第二章 设计总思路 21 基本原理基本原理 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。 22 框图框图 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 第三章 单元电路设计 - 5 - 第三章单元电路设计 31 时钟脉冲产生电路时钟脉冲产生电路 3 31 11 1 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=0.01F 由公式（1-1） 计算得： T=0.287S 3 31 12 2 具体实现具体实现 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 第三章 单元电路设计 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。 32 循环控制电路循环控制电路 3 32 21 1 12 进制循环控制电路示意图(74LS161 由 74163 代替) 3 32 22 2 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 00001011，检测 1100（异步清零） 。 33 彩灯花样输出电路彩灯花样输出电路 3 33 31 1 运用到运用到 74LS19474LS194 功能表功能表 输输 入入输输 出出 /CR/CRS1S1S0S0CPCPSLSLSRSRD0D0 D1D1 D2D2 D3D3Q0Q0 Q1Q1 Q2Q2 Q3Q3 功功 能能 0 00 00 00 00 0 清清 零零 1 11 11 1d0d0d1d1d2d2d3d3d0d0d1d1d2d2d3d3 送送 数数 1 10 01 11 11 1Q0nQ0nQ1nQ1nQ2nQ2n 右右 移移 1 11 10 00 0Q1nQ1nQ2nQ2nQ3nQ3n0 0 左左 移移 第三章 单元电路设计 3 33 32 2 通过通过 1212 进制计数器的输出端的进制计数器的输出端的 C C、D D 信号控制移位寄存器信号控制移位寄存器 的的 S0S0 和和 S1S1 及其端真值表及其端真值表 CLK时间 节拍QDQCS0S1SRSL74LS194 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 101011 11 10 1011 12 13 11 14 15 脉冲 A 12 第三 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 第四章 总电路设计 - 8 - 第四章 总电路设计 第五章 实验、调试及测试结果分析 51 结果的调试及分析结果的调试及分析 （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 （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 52 调试中出现的故障、原因及排除方法调试中出现的故障、原因及排除方法 5 52 21 1 彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样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。 5 52 22 2 彩灯无规律变化：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。 5 52 23 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中间有段时间彩灯不亮： 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。 第六章 课程设计总结 - 10 - 第六章 课程设计总结 通过四路彩灯电路的设计，我发现自己对芯片的功能还是不太了解，虽然 在此之前我已经学习过了模拟电子技术基础和数字电子技术基础这两门课。于 是我认真地重新查了一遍相关芯片的知识，特别是各种芯片的引脚问题，最后 选择合适的芯片设计了四路彩灯的设计图，并在 EWB5.2 上通过了仿真。在仿 真过程中连线出了些问题，因为不够认真，结点处出现连接搭错线的错误，最 后不得不重新检查电路。 其次是电路的实物连接，线路连接比画图更复杂些，因为线路比较多，出错后 更不好检查，所以在连接前先要检查芯片、导线等。在连接的时候也要非常的 细心，而且要有耐心，还要按一定的顺序连线，那样方便记忆，不至于因为不 必要的重复接线而出错。整个电路中只要接错一根重要的线，就很