级电动二班王明亮

1、郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目 彩灯控制器 学生姓名 王明亮 专业班级 电气工程及其自动化（二）班 学 号 201247057 院 （系） 电气工程学院 指导教师 王继红 完成时间 2014 年 5 月 17 日 目 录绪论 11 设计的目的32 设计的任务与要求32.1 设计的任务32.2设计的要求33 设计方案与论证43.1方案一43.2 方案二44 设计原理及技术指标54.1 设计原理54.2 技术指标65 单元电路的设计65.1 时钟电路75.2 74LS194模块85.3 主控制器模块95.4 显示模块96 硬件的制作与调试97 数字电子技术的展望108 总结11附录一：总体

2、电路原理图13附录二：元器件清单14参考文献：15绪论 从一般的模拟信号到数字信号，要经过采样、量化、编码，最终一个连续的模拟信号波形就变成了一串离散的、只有高低电平之分“0 1 0 1.”变化的数字信号。自然界来的，或者通过传感器转化的主要是模拟信号，那么为什么要多此一举把它们变为数字信号呢?原因有以下几点：一、模拟信号有无穷多种可能的波形，同一个波形稍微变化就成了另一种波形，而数字信号只有两种波形(高电平和低平)，这就为信号的接收与处理提供了方便。二、模拟信号由于它的多变性极容易受到干扰，其中包括来自信道的和电子器件的干扰，模拟器件难以保证高的精度(如放大器有饱和失真、截止失真、交越失真，

3、集成电路难免有零点漂移)。而数字电路中有限的波形种类保证了它具有极强的抗干扰性，受扰动的波形只要不超过一定门限总能够通过一些整形电路(如斯密特门)恢复出来，从而保证了极高的准确性和可信性，而且基于门电路集成芯片所组成的数字电路也简单可靠、维护调度方便，很适合于信息的处理。 电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。信息电子技术包括 Analog (模拟) 电子技术和 Digital (数字) 电子技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波、转换。本实验的设计的彩灯控制

4、器的是八位彩灯控制器，里面用到了555定时器、74LS160、74LS194等计数器，很好的介绍了数字电子技术的实际应用原理。1 设计的目的(1) 了解八路彩灯控制器的工作原理(2) 学会将一个实际情况抽象为逻辑电路的逻辑状态的方法(3) 掌握独立电源设计方法及原理(4) 掌握实际输出电路不同要求的方法(5) 掌握电路板的实物焊接2 设计的任务与要求2.1 设计的任务八路彩灯系统，该系统实现以下功能：（1）八路彩灯从左到右，间隔为一秒；（2）八路彩灯同时亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间间隔为0.5秒，反复4次逐次渐亮，间隔为一秒；（3）八路彩灯从右到左逐次渐灭2.2设计的要求（1）确定总

5、体设计方案画出总方框图，确定各单元电路的功能，进行单元电路的设计，画出逻辑电路图。（2）选择元器件型号。（3）画出总逻辑图和装配图，并在实验电路上组装电路。（4）进行电路的仿真和调试，使其达到预期要求。3 设计方案与论证 彩灯是一束束用导线连接起来的并联灯泡，当电源接通后，彩灯就会工作，但里面可能是由编程或非编程的电路控制灯泡运行的。譬如实现音乐彩灯、闪烁、循环、时控等功能。数列的产生可以通过计数器和逻辑门实现，而循环则需要用到时控电路控制，如触发器等，而最后可以用逻辑门把几个输出接到同一个数码管。3.1方案一设计一个有八个LED灯输出花样的控制电路，其中有三个LED灯受74LS194芯片控制

6、，4个LED灯受74LS160芯片控制，最后一个LED灯由俩片74l S 160芯片组成的二十三进制计数器的进位控制。从第十个脉冲开始第一片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八路彩灯控制器的设计，进而实现了八路LE D的输出。并且该控制器共有32种变化的花样。 3.2 方案二有设计要求出发，三个彩灯的三个节拍可以用寄存74LS194实现，通过S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR控制清零。第一拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置

7、数1，全灭为清零。由于程序循环一次要20秒，故需要一个20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进制计数器产生的脉冲信号，一路送到控制20进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。综合以上两种方案，方案一需要的元器件易找，电路相对不太麻烦，我们选择方案一。4 设计原理及技术指标八路LED输出并产生花样组成20进制计数器4.1 设计原理74ls19474ls16074ls160555时钟芯片产生脉冲图4-1 设计原理图设计一个有八个LED灯输出花样的控制电路，其中有三个LED灯受74LS

8、194芯片控制，4个LED灯受74LS160芯片控制，最后一个LED灯由俩片74l S 160芯片组成的二十三进制计数器的进位控制。从第十个脉冲开始第一片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八路彩灯控制器的设计，进而实现了八路LE D的输出。并且该控制器共有32种变化的花样。 4.2 技术指标设计一个有八个LED灯输出花样的控制器电路，其中有三个LED等受74ls194芯片的控制，4个LED灯受74ls160芯片的控制，最后一个LED由两片74ls

9、160芯片组成的二十三进制技术器的今晚i额来控制。从第十个时钟，脉冲开始第一片74ls160的QQ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。另外三个与非门等完成了八路花样等控制器的设计。进而实现了八路LED的输出。并且该控制器共有32中变化的花样。5 单元电路的设计 我们设计的八路花样彩灯控制器共分为四大模块。他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组成）、显示模块（8个LED灯）5.1 时钟电路图5-1 555定时器如图所示是用555定时器构成的多谐振荡器，其分析如下：启动Multisim 11程序，我们从混合器材库中

10、的定时器件中取出555定时器，从工具栏中找出电阻R、电容C、底线及电源VDD信号。将555定时器结成多谐振荡器，用示波器中的时间线进行测量，得到的波形的周期T=92.13ms。根据理论分析，这个计算公式为T=T1+T2=(R1+2R2)C1ln2。将电路参数带入电路振荡周期公式计算得到，T=T1+T2=（R1+2R2）C192ms由此得出分析结果与理论值基本完全符合。切555定时器输出的是方波，当LED灯放在3,5引脚时可以发现LED灯会有规律的闪烁。5.2 74LS194模块  在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。按功能可分为基本寄存器和移位寄存器。 

11、 移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。74ls194双向移位器图3-1 74LS194的引脚图其中：D0D3：并行输入端；              Q0Q3：并行输出端；S0、S1：操作模式控制端；       ：为直接无条件清零端

12、；SR：右移串行输入端                   SL：左移串行输入端；CP：时钟脉冲输入端；5. 3 主控制器模块主控制器模块由两个74LS160组成，74LS160为可预制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Q0-Q3与数据输出端P0-P3一

13、致。160的计数器是同步的，靠CP同时加上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Q0-Q3同时加载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Q0-Q3同时变化，从而消除了异位计数器中出现的计数尖峰的CEP、CET跳变与CP无关。160有超前近卫功能。当技术溢出时，进行输出端输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。在不外加门路的情况下，可连成N位同步计数器。5.4 显示模块有八个发光二极管LED灯构成，共有32种不同的变化方式。6 硬件的制作与调试根据仿真成功的电路图，进行电路的组装和拍板，先把元器件按照规律排放在电路板上面，确认

14、无误后开始电路的焊接，先连接555定时器的那段的电路，这样可以减少连接电路时造成的出错，电路连接耗费了一天半的时间，由于电路需要连接的导线多，为了一次能够成功，选择稳稳地连接，待电路连接成功后，我们开始接入电源。接入电源后发现只有一个LED灯亮或者是两个灯亮，没有彩灯的变化及计数和移位，由此，利用多用电表来进行电路的检查和调试，发现没有地方出现连接错误和短接现象，想了想可能是由于电阻的问题造成74LS194无法移位，由此，老师给出解释，主控制模板的问题，两个74LS160没有连接好。7 数字电子技术的展望数字电子技术较模拟电子技术的优势数模信号之间的转换往往是要将模拟信号转化为数字信号、数模转

15、换是将传感器从自然的界获取的连续的信号波形经过滤波、去噪等处理，最后形成有固定高低电平组成的数字信号，也就是人们常说的“0101”信号。之所以在信号处理中多是将模拟信号转化为数字信号，主要原因包括如下几点：（1）模拟信号有无穷多种可能的波形，同一个波形稍微变化就成了另一种波形，而数字信号只有两种波形（高电平和低电平），这为信号的接收与处理提供了方便。（2）模拟信号是有一连串连续的信号波形组成的，其信号及其容易受到干扰，这些干扰不仅仅是来自于信号的采集阶段，也来自信号传输过程中和电子元器件造成的误差，这就导致了采集信号的准确度难以得到保证，从而影响试验的准确性或试验的可靠性。而数字电路中只采用高

16、低电平对信号进行编码，这就保证了信号的抗感染能力，提高了信号的精度。8 总结经过了一周的实训，大家都完成了自己的电路课程设计，虽然我们设计的彩灯控制器没有达到预期的结果，但能够参与到其中我也是受益匪浅，我们从刚开始的选择课题，进行电路的仿真和焊接，自己掌握了数字电子技术的实践经验，这次的实验也改变了我对数字电子技术的看法，以前学习数字电子技术，由于不了解，所以在学习的时候不太上心，在今后的学习和复习中我会更加上心，好好学习。一周的实训很快就结束了，能够学到的课本上学不到的知识，还能学到一定的数字电子技术实践需要注意的东西，锻炼了自己的思维方式，增加了自己的动手经验和操作能力，通过焊接让我更了解

17、了电气工程及其自动化这门专业，加深了对八路彩灯控制器的熟悉。在实验的过程中，我们应该尽量减少操作的盲目性，提高实验效率的保证，不要一开始就赶着做，结果越做越忙，主要是这个原因，我也曾犯过这样的错误。在焊接电路时，要吃透电路图，仪器面板的布置及各个元器件的摆放都影响做后面的电路的调试和检查，我们做实验不要一成不变和墨守成规，应该有改良和创新的精神。通过这次数点实验课程设计让我们学到了许多课本上无法学到的知识。从确定做什么课题到设计完成整个过程中遇到了许多的问题。不过我们依然了坚持。去上网查找资料或者去图书馆中啊资料是解决问题的一种好方法。附录一：总体电路原理图附录二：元器件清单序号元器件名称型号数量1六反相器74ls0412四2输入端与非门74ls0013同步十进制计数器74ls160244位双向位移寄存器74ls19415集成定时器55516电容0.1F27电阻50K18电阻100K19LED8参考文献：(1) 康华光.电子技术基础(第五版）M.北京