数电课程设计报告八路花样灯控制器的设计

1、数电课程设计报告八路花样灯控制器的设计学校:惠州学院班级：15电科2 成员：刘海东指导老师: 林伟明 2017.6.21目录一、设计要求3二、设计目的3三、技术指标3四、元件清单3五、电路框图4六、单元电路设计4七、总电路图7八、问题及解决办法8九、心得体会9一、 设计要求： 1、 有一个时钟电路。2、有八个LED发光二极管输出电路。3、至少16种变化的花样控制。 二、设计目的：1、巩固和加深对电子电路的基本知识的理解，提高综合运用本课程所学的知识的能力。2、培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册，图表和文献资料的自学能力。3、通过电路的方案分析，论证和比较，设计计算选取元件，电路组装，调

2、试等环节初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行数字电路实验的基本技能三、 技术指标:方案一：设计一个有八个LED灯输出花样的控制器电路,其中有三个LED灯受74ls194芯片控制，4个LED灯受74ls160芯片控制，最后一个LED灯由两片74ls160芯片组成的二十三进制计数器的进位来控制。从第十个时钟脉冲开始第一片74LS160的Q0端变成高电平。此时74LS194开始移位。通过对电源的通断来控制复位。另外三个主要芯片统一由一个时钟芯片来控制，进而达到同步工作。最后加上一个非门和一个与非门等完成了八路花样灯控制器

3、的设计。进而实现了八路LED的输出。并且该控制器共有32种变化的花样。方案二：设计一个有八个LED灯输出花样的控制器电路,其中有四个LED灯受74ls194芯片控制，4个LED灯受74ls160芯片控制，从第十个时钟脉冲开始第一片74LS160的Q0端变成高电平。此时74LS194开始右行串行输入高点平。当第一片74LS160的Q1端变成高电平的时候，此时74LS194开始左行输入。并用或门对76LS194进行清零。另外三个主要芯片统一由一个时钟芯片来控制，进而达到同步工作。进而实现了八路LED的输出。并且该控制器的花样规律较为明显。四、 元器件清单：方案一：序号元件名称型号数量1六反相器74

4、ls0412四2输入端与非门74ls0013同步十进制计数器74ls160244位双向移位寄存器74ls19415集成定时器55516电容910nF27电阻51k18电阻47k19LED8方案二：序号元件名称型号数量1四2输入或门74ls3212同步十进制计数器74ls160234位双向移位寄存器74ls19414集成定时器55515电容100nF16电容0.1uF17电阻5118电阻47k19LED8五、 电路框图方案一：74ls16074ls16074ls194555时钟芯片产生脉冲组成20进制计数器八路LE输出并产生花样方案二：74ls16074ls16074ls194555时钟芯片产生

5、脉冲组成100进制计数器八路LE输出并产生花样六、 单元电路的设计方案一：我们设计的八路花样灯控制器共分为四大模块。它们分别是：时钟电路模块、74LS194移位寄存器模块、主控制模块（由两片74LS160构成）、显示模块（8个发光二级管LED）（1）时钟电路图(1)图(1)所示是用555定时器接成的多谐振荡器，其分析如下：启动Multisim 11程序，我们从混合器件库（Mixed）中的定时器件（Timer）中取出 555 定时器，从工具栏中找出电阻R、电容C、地及电源VDD信号。将555定时器接成多谐振荡器，如图（1）所示。用示波器中的时间线进行测量，得到波形的周期T=92.13ms。根据1

6、0.5.4节的理论分析，这个的计算公式为T=T1+T2=（R1+2R2）C 1ln 2。将图(1)的电路参数代入电路振荡周期式计算，得到T=T1+T2=(R1+2R2)C192ms可见，用Multisim 11得到的分析结果与理论计算结果基本完全符合。（2）74LS194移位寄存器模块图（2）如图所示74LS194 是一种典型的中规模集成移位寄存器。它是由 4 个RS触发器和一些门电路所构成的 4 位双向移位寄存器。DIL 和DIR分别是左移和右移串行输入。D0、D1、D2和D3是并行输入端；Q0和Q3分别是左移和右移时的串行输出端，Q0、Q1、Q2和Q3为并行输出端。功能表如表 5.4.4

7、所示。从其功能表可以看出，只要RD=0，移存器无条件清 0。只有当RD=1，CP上升沿到达时，电路才可能按S1S0设置的方式执行移位或置数操作：S1S0=11为并行置数，S1S0=01为右移，S1S0=10为左移，时钟无效或虽然时钟有效，但S1S0=00 则电路保持原态。（3）主控制模块（由两片74LS160构成）图（3）整体置数法下面简要说明：十进制同步计数器（异步清除）160 为可预置的十进制同步计数器。160 的清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时，不管时钟端CP 状态如何，即可完成清除功能。160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在CP 上升沿作用下，输出端Q0Q

8、3 与数据输入端P0P3 一致。160 的计数是同步的，靠CP 同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET 均为高电平时，在CP 上升沿作用下Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。的CEP、CET 跳变与CP 无关。160 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N 位同步计数器。74LS160功能表利用两片74LS160构成二十三进制计数器：如图(3)所示电路是采用整体置数法接成的二十三进制计数器。首先需将两片74LS160接成百进制计数器。然后将电路的22状态译码产生信号，同时加

9、到两片74LS160上，在下一个计数脉冲（第二十四个输入脉冲）到达时，将0000同时置入两片74LS160中，从而得到二十三进制计数器。（4）显示模块（8个发光二级管LED组成）图（4）图（1）中的八个LED是共阴接法，即当LED阳极给高电平时灯就亮，否则就灭方案二：我们设计的八路花样灯控制器共分为四大模块。它们分别是：时钟电路模块、74LS194移位寄存器模块、主控制模块（由两片74LS160构成）、显示模块（8个发光二级管LED）（1）时钟电路图(1)图(1)所示是用555定时器接成的多谐振荡器，其分析如下：启动Multisim 11程序，我们从混合器件库（Mixed）中的定时器件（Tim

10、er）中取出 555 定时器，从工具栏中找出电阻R、电容C、地及电源VDD信号。将555定时器接成多谐振荡器，如图（1）所示。用示波器中的时间线进行测量，得到波形的周期T=8.13ms。根据10.5.4节的理论分析，这个的计算公式为T=T1+T2=（R1+2R2）C 1ln 2。将图(1)的电路参数代入电路振荡周期式计算，得到T=T1+T2=(R1+2R2)C18ms可见，用Multisim 11得到的分析结果与理论计算结果基本完全符合。（2）74LS194移位寄存器模块图（2）如图所示74LS194 是一种典型的中规模集成移位寄存器。它是由 4 个RS触发器和一些门电路所构成的 4 位双向移

11、位寄存器。DIL 和DIR分别是左移和右移串行输入。D0、D1、D2和D3是并行输入端；Q0和Q3分别是左移和右移时的串行输出端，Q0、Q1、Q2和Q3为并行输出端。功能表如表 5.4.4 所示。从其功能表可以看出，只要RD=0，移存器无条件清 0。只有当RD=1，CP上升沿到达时，电路才可能按S1S0设置的方式执行移位或置数操作：S1S0=11为并行置数，S1S0=01为右移，S1S0=10为左移，时钟无效或虽然时钟有效，但S1S0=00 则电路保持原态。（3）主控制模块（由两片74LS160构成）图（3）整体置数法下面简要说明：十进制同步计数器（异步清除）160 为可预置的十进制同步计数器

12、。160 的清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时，不管时钟端CP 状态如何，即可完成清除功能。160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在CP 上升沿作用下，输出端Q0Q3 与数据输入端P0P3 一致。160 的计数是同步的，靠CP 同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET 均为高电平时，在CP 上升沿作用下Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。的CEP、CET 跳变与CP 无关。160 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N 位同步计数器。74LS160功

13、能表（4） 显示模块（8个发光二级管LED组成）（5）图（4）图（4）中的八个LED是共阴接法，即当LED阳极给高电平时灯就亮，否则就灭七、 总电路图方案一：方案二：八、 问题及解决： (1)在设计电路时，我们选择了很多方案，刚开始想到用两片74LS160产生花样灯，但是产生的种类没有达到所要求的数目并且第二片74LS160的变化时间较长。，最后又想到了74LS194双向移位寄存器。我们主要是朝着改变74LS194的SL和SR出发，为此大费周章增加使用了74LS00和74LS04进行电路组装，之后发现虽能基本达到变化花样数，而且某些花样很有代表性，但是其总体变化规律性不强，重复变化时间长，接线

14、又太多，于是舍弃，后来想到了置数进74LS194，虽然方案一总体变化没那么漂亮，但是变化规律性比较强，对于我们来说比较好驾驭。后来为了将花样变化规律更加明显，设计了方案二。这样既解决了线路问题，而已又达到了预期的目的。(2)用multisim11仿真调试时，因为之前未用过multisim11，所以刚开始时，现学现画，进展比较慢。刚开始找各种芯片、电阻都找了好久。最后我们去图书馆找了相关书籍才把问题解决了。慢慢地掌握了这一工具的使用方法。最后，完整的将图画了出来，但是演示时却产生不了花样灯。遇到了这一问题，我们组的成员积极的寻找问题的所在之处，经过仔细检查，发现脉冲发生器产生的脉冲不符合题目要求

15、，并且有一处少画了一个节点。最后排除了故障，成功实现了花样灯的演示。（3）在电路组装过程中，遇到的最大问题是，起初考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多“特长线”。不但影响布线速度，而且也会给后来的调试带来不必要的麻烦。当时已经布线不少，不可能重新开始，再三权衡，最后只移动了一个芯片，问题就得到了很大改善。其次就是布线，因为要求不准交叉，且横平竖直，所以在保证连通的情况下，在布线上也下了不少工夫。 （4）在实验室实验过程中，第一轮遇了实验板上有插孔不通的情况，导致芯片不能正常工作。我们用万用表测量二极管的档位对电路进行了检测。第二轮接电后，用万用表的电压档测试单元电路的状态。如：时钟信号电路

16、的信号是否正常产生，控制信号电路中的计数器能否正常计数，最后在整体上测试一遍。在整个调试完成后，却遇到的新问题：彩灯演示时有时正常有时混乱。在排除其它可能的情况下，我仔细检查各端子的连接情况，发现清“0”端在清“0”后悬空了。将其插到电源正极后，发现问题解决了。 九、 心得体会。这次课程设计给我带来了很大的收获，让我学到了很多，第一次用芯片做课程设计，不仅掌握了简单的电子电路的设计与制作，也掌握了一些芯片的原理与作用。总体来说，这次八路花样灯控制器的制作是比较成功的。因为我制作的这个八路花样灯循环变化比较明显，能很快就找到变化规律。在接电路之前，一定要通过查资料把电路中的每个元件的作用弄明白和把每个芯片的管脚的功能弄清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应。在电路设计中，应该仔细认证，从中我们可以学到很多东西，可以提高自己发现问题解决问题的能力，使自己的动手能力有一定的提高。出现故障时要积极面对，在检查线路时一定要有耐心，不要因为麻烦就放弃。遇见错误要一步一步的按照原理图来，先一步一步的测试，然后整体测试。不要没顺序没条理，这里测一下那里测一下，最后又什么都没查出来，那样既浪费了时间又浪费了精力。这次八路花样灯控制器的制作我不是一次性成功的，我做了两次，中间甚至因为找不出错误芯片的原因差点放弃，经过