数字课程设计

1、二一二二一三 学年第 一 学期电子信息工程系课程设计报告书班 级： 电信息（DB） 2012级2班 姓 名 刘逸雯 学 号： 201212235043 课程名称： 脉冲与数字电路课程设计 指导教师： 成燕 二零一四年九月二十七日目 录 (一) 课程设计目的、时间求及要求.31 课程设计目的； 2 课程设计时间；3 课程设计要求；（二） 系统组成及工作原理分析.3-51 系统组成；2 工作原理分析；（三） 硬件电路设计.5-111 单元电路设计：（1） 时钟脉冲产生电路设计；（2） 四种码制产生电路设计；（3） 彩灯开关电路设计；（4） 彩灯输出电路设计；2 整体电路图；（四）实验调试及测试结果

2、分析.12（五）设计小结.13（六）附录.14-15一、课程设计时间、目的及要求（一）、课程设计目的：综合运用本课程知识，利用集成电路设计实现一些中小规模电子电路，以复习巩固课堂所学的理论知识，提高设计实现系统、绘制系统电路图和分析系统性能指标的能力，为实际应用奠定一定的基础。（二）、课程设计时间：第一天：教师布置设计任务，讲解设计要求，提示设计要点。第二四天：查阅资料，提出设计方案，对提出的方法作比较以选出性价比最高的设计方法。第三十四天：设计出详细的电路，画出详细电路图，制作电路板，调试电路，得出实验结果并写出设计报告。（三）、课程设计要求：(1) 彩灯一亮一灭,从左向右移动；(2) 彩灯

3、两亮两灭，从左向右移动；(3) 四亮四灭，从左向右移动；(4) 从18从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭；(5) 四种花样自动变换。二、系统组成及工作原理分析（一）、系统组成框图把四花样彩灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可由四个模块组成，它们分别是：四种码产生电路、开关电路、数据输出、时钟电路。由两个555构成两个时钟电路，由模十六计数器和组合逻辑门构成四种码产生电路，由双D触发器和数据选择器构成开关电路，由移位寄存器和八个彩灯构成输出电路，一个时钟控制模十六计数器和移位寄存器，另一个时钟控制双D触发器。分

4、频计数器数据选择器移位寄存器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器开关电路输 出（二）、工作原理分析从多谐振荡器出来的脉冲信号分为两路：一路作为计数脉冲送到模十六计数器；另一路做为移位时钟脉冲加到移位寄存器。调节多谐振荡器的电阻可以改变震荡频率，即改变彩灯移动的速度，得到不同的动态效果。多谐振荡器、双D触发器、数据选择器共同组成一个电子开关。多谐振荡器输出的计数脉冲经双D触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00、01、10、11四种逻辑状态。这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，对应从模十六计数器输送到数据选择器的QA，QB，QC，QD四个分频信号。其作用相当于一个受控的一刀四位的机

5、械转换开关。当双D触发器输出为“00”时，数据选择器输出10000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样一；为“10” 时，数据选择器输出11000000序列脉冲，为八分频信号，实现花样二；为“01” 时数据选择器输出11110000序列脉冲，为八分频信号，实现花样三；为“11” 时数据选择器输出1111111100000000序列脉冲，为十六分频信号，实现花样四。调节开关电路的CP脉冲产生电路的电阻，可以改变开关的切换时间用以选择每种花样出现时间的长短。数据选择器的输出端接移位寄存器的输入端，在时钟脉冲的作用下，数据在移位寄存器的八位并行输出端从Q0到Q7顺序移动。移动的八位控制信号直接控制

6、发光二极管的亮灭，就出现了八路四花样自动循环切换的流水彩灯。三、硬件电路设计（一）、单元电路设计1、时钟脉冲产生电路用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要用两个555产生两个时钟脉冲,一个控制74LS161模十六计数器和八位移位寄存器,要能看到彩灯的流动,其周期设为1秒左右, 电阻值和电容值可设为：R1=1K ， R2=51K ， C=0.01F计算得：T=0.721S另一个555产生的矩形脉冲控制彩灯的自动转换,其周期设为模十六计数器的20倍,改变R1、R2的阻值即可，可设为：R1=1K ， R2=1M ，C=0.01F计算

7、得：T=14.42S电路图如图所示：2、四种码制产生电路根据彩灯要实现的四花样,可确定移位寄存器输出的二进制码,即四种码产生电路要产生的码，如表4-1所示：表4-1 四种码花样状态要求周期（位）码1一亮一灭，从左向右移动8100000002两亮两灭，从左向右移动8110000003四亮四灭，从左向右移动8111100004从18从00左到右逐次点亮，然后逐次熄灭 161111111100000000要产生这四种码，可由十六进制计数器接组合逻辑门产生，十六进制计数器的真值表如表4-2所示：序号原状态S(t)Q4 Q3 Q2 Q1次态N(t)Q4 Q3 Q2 Q1输出Z1Z2Z3Z40123456

8、7891011121314150 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 00000000100000001100000011000000111100001111000011111111000000

9、001由表分析得：Z1=Q3Q2Q1 Z2=Q3Q2 Z3=Q3 Z4=Q4所以四种码产生电路如图所示：3、彩灯开关电路要实现彩灯四花样的自动转换，就要使四选一数据选择器74LS153循环地输出Z1、Z2、Z3、Z4。使双D触发器的输出端接数据选择器的两个地址输入端，双D触发器能产生00、01、10、11这四钟循环的状态，从而使选择器循环的选择一种码输出，实现彩灯的四花样循环。开关电路图如图所示：令Q1Q2=AB，74LS153数据选择器的功能表如表所示：B（Q2）A（Q1）1Y0110000110Z1Z3Z4Z2Z1由表可知，数据选择器的地址输入端A、B循环转变，输出端1Y循环选择四种码Z1

10、、Z2、Z3、Z4输出，使彩灯的四花样自动循环改变。4、彩灯输出电路输出电路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个驱动电阻构成。寄存器的数据输入端接收开关电路输出的四种码，这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，输出四种彩灯花样。当输入移位寄存器数据输入端的码为10000000时，清零后在移位脉冲CP的作用下，寄存器数码移动情况如表所示：CPRiQAQBQCQDQEQFQGQH111000000 02001000000300010000 0400 00100005000001000600000010070000000108000000001由表可看出，输入码中的那位高电平

11、“1” 从寄存器的输出端QA经八个移位脉冲CP作用后逐渐到了QH，使输出端所连接的彩灯依次点亮，实现了彩灯依次点亮的花样。当输入另外的三种码时，寄存器的数码移动原理相似。（二）、整体电路图四、实验、调试及测试结果分析1. 调试过程中使用的主要仪器：数字万用表，直流稳压电源。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。3. 调试过程中出现的主要问题：（1）.在将电路板整体焊接完成之后检查电路发现有漏焊的情况，其中一

12、个IC接地端并没有接地，在经过仔细检查后排除故障。（2）.在经过第一次上电试验后发现四花样彩灯可以出现四种花样中的花样一与花样四，即一亮一灭及从左至右逐次点亮再逐次熄灭的情形，但另外两种花样并未出现，且会出现正常码制中不会出现的从左至右两灯熄灭且依次循环的情况，且四花样彩灯的周期并不明显，显然受到干扰，仔细对照电路图检查电路后并未发现有焊接的问题。（3）.在经过仔细的思考与查阅相关资料后，将主要原因锁定在了相互干扰引起噪声的原因之上，实验所给出的原理电路虽然简单，但该情况为理想状况之下，而实际焊接过程中没有考虑到噪声的干扰与地线的分布问题造成了信号部分紊乱，而此时整体电路已经焊成，较简单的解决

13、办法就是增加去耦电容。在实验过程中，为实验方便直接将电容焊至电路板的反面以便检查与更换，再次上电测试，除去上电开始时电路不稳定外，四花样能够依次稳定，周期性变换。4.解决方法：将额外安装的去耦电容转移至电路板的正面以使电路更加规范，上电测试正常完成指定花样的循环，待电源稳定后再次进行的测试没有再出现花样紊乱的情况。五、设计小结通过两周的课程设计，我们对电子工艺的理论有了更深的了解。其中包括焊普通元件与电路元件的技巧、稳压电源的工作原理等等。这些知识不仅在专业领域里上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实验中，我们锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。

14、通过本次实践也培养了理论联系实际的能力，提高了分析问题和解决问题焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接基本熟悉了电子产品的安装工艺的生产流程，了解了电子产品的焊接、调试方法。本次课程设计过程，提高了我们的动手能力，制作本次花样彩灯的过程明显比之前课程设计熟练，焊接形成的焊点也更加牢靠与美观，在实验过程中遇到的最大的问题是线路的排布问题，由于前期在焊电路时没有充分考虑到排线对电路产生的干扰，导致电路焊接完成，且检查多次没有发现焊接方面的错误的情况下不能正常产生实验结果而会出现部分乱码的情况。最终在电路原有基础上增加滤波电容与去耦电容之后，电路可以正常工作。这次课程设计的内容是完成四花样

15、彩灯控制器，实验使用5V直流电源本计划用220V交流电通过变压器及整流滤波等过程实现，考虑到测试的简便性，用三节1.5V干电池串联代替。在往后的学习与电路制作提供了很好的经验，在电路的制作中，布线起着至关重要的作用，不可忽视。布线出现的问题可能导致电路完全不能正常工作，往后的制作应多加注意。本次课程设计过程很好的将书本知识与实际结合起来，现实中电路制作往往不是理想情况，应尽量减少部分与部分之间的干扰。通过本次实验，我们也对所用芯片有了更深一步的了解，巩固与加深了所学的知识。虽然，在这次课程设计中，我们遇到了不少的问题。但是还是通过一步步的分析、调试，找出了问题的所在，并逐个解决。更重要的是，通过这次课程设计，我们更加深刻地体会懂到了团队合作的重要性。团队合作，使我们不同的方面可以有所互补。我们在电子方面学到的只是很小的一部分知识使我们在不同的方面可以这次的制作也让我们感受到，我们需要更多的时间来自主学习相关知识。六、附录元件清单种类元件个数单价芯片74LS16174LS15374LS7474LS16474LS0474LS085551 1