移位器型彩灯控制器(数电综合实验)

1、课程设计(综合实验)报告( 2014 2015 年度第 1 学期)名 称： 电子技术综合实验 题 目： 移位寄存器型彩灯控制器 院 系： 电气与电子信息工程学院 班 级： 电气1206班 学 号： 1121200224 学生姓名： 谢文强 指导教师： 柳赟 设计周数： 1 成 绩： 日期：2015 年 1 月 16日 课程设计（综合实验）报告一、 设计目的与要求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

2、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、深入钻研综合实验中所遇到的问题，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

3、.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、设计（实验）正文（一）、设计任务移位寄存器型彩灯控制器 1要求采用移位寄存器设计一个彩灯控制器。 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

4、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：表3.1.1 花型真值表节拍顺序编码 QA QB QC QD QE QF QG QH花型1花型2花型301234567891011121314150 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

5、 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）、总体方案设计1原理框图彩灯控制器以某种节

6、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。因此彩灯控制器需要一个能够按一定规律输出不同高低电平编码信号的编码发生器，同时还需要编码发生器所要求的时序信号和控制信号。由于实际应用场合所用彩灯可能是功率较大的白炽灯或其它，因此还需要一定的驱动电路，实验中因采用发光二极管或指示灯，故可省略驱动电路。彩灯控制器的原理框图如图3.1.1所示。图3.1.1 彩灯控制器原理框图2设计思路 （1）节拍产生电路及选频电路三种花型循环一次需要16*2+8*2+5*3=63个节拍，再加上清“0”一拍，共64拍。三种花型若先以慢节拍显示一遍，再以快节拍显示一遍，这样构成一次大循环共

7、需128节拍。快慢节拍的时钟电路框图如图3.1.2所示。节拍控制信号电路框图3.1.3所示，节拍控制信号时序图3.1.4所示。图3.1.2 快慢节拍的时钟电路框图图3.1.3 节拍控制信号电路框图图3.1.4 节拍控制信号时序图CP7=0时，移位脉冲CP为慢节拍CPL；CP7=1时，CP为快节拍CPH。所以能够选择快慢节拍的移位脉冲CP的表达式为：=CP7的周期为128节拍。基于以上分析可知，每64拍完成一次三种图案的完整变换，并同时进行选频。因此，这里采用两片74LS161来产生000000111111共64个节拍，用两个时钟脉冲信号来分别产生不同的频率，另外用一片74LS161进行选频。具

8、体思路：（1）前两片74LS161用于产生64节拍，并采用反馈清零法（异步清零），第一片芯片表示低四位，其输出端由低位到高位约定为CP1,CP2,CP3,CP4, 第二片芯片表示高两位，其输出端由低位到高位约定为CP5,CP6。（2）由于所选用的74LS161的时钟脉冲端下降沿有效，且前两片由于采用反馈清零法，每64拍便会产生一个下降沿脉冲，因此，利用这个脉冲作为用于选频的74LS161的时钟脉冲，因此用于选频的74LS161的最低为输出端便是128分频，即CP7。（3）前两片用于计数的芯片同步触发，共用时钟脉冲，共用清零信号。具体电路如下：64拍产生+选频电路 （2）逻辑控制电路通用移位寄存

9、器74LS194的功能表如下：表3.1.2 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。具体节拍数与两片移位寄存器功能引脚的对应关系如下：寄存器1寄存器2节拍状态s1s0s右s左状态s1s0s右s左花形11-4右移011x保持00xx5-8保持00xx右移011x9-12保持00xx左移10x013-16左移10x0保持00xx17-32重复1-16重复1-16花形233-36左移10x1右移011x37-40左移10x0右移010x41-48重复33-40重复3

10、3-40花形349-52右移011x右移011x53置零11xx置零11xx54-58重复49-53重复49-5359-63重复49-53重复49-5364清零xxxx清零xxxx根据74LS194的功能表及以上对应关系，对移位寄存器功能引脚进行编码，并利用multisim中逻辑变换器进行化简。约定ABCDEFCP6CP5CP4CP3CP2CP1化简结果寄存器1寄存器2s1A'CD+AB'+AC'DE'F'+ACD'E'F+CDEs1A'CD'+ABC'DE'F'+BCD'E'F+A

11、BCDEs0A'C'D'+ABs0C'D+As右1s右A'+D'+Bs左D's左0具体逻辑电路：控制信号实现电路（3）彩灯实现电路及总清零电路彩灯实现电路： 两片移位寄存器的功能引脚按照以上的编码方式得出的结果进行正确的连接。 两片移位寄存器与前述两片计数器同步触发，共同时钟脉冲，共用清零信号。清零电路：按照任务书的要求，清零电路要实现以下功能：系统总清零，用启动开关S控制。花型3每5拍清零一次。三种花型运行一遍即第64拍时总清零一次。这里，为了善用芯片的管脚及电路实现的方便，对于清零电路，擅自做了以下改变。 编码时将花形3所要求的清零改

12、为置零。 三种花型运行一遍即第64拍时总清零一次，此处避免另外设计微分电路，直接用共用节拍产生电路的反馈清零信号。 为实现手动清零，将开关控制的清零信号与反馈清零信号相“与”。具体电路如下：彩灯+清零电路（4）将以上三部分电路连接在一起，即为总电路。总原理图如下：移位寄存器型彩灯控制电路三、总结或结论1.复杂电路分模块化设计，便于理清思维，易于纠错。2.多变量化简问题，可以方便的用逻辑变换器实现，要善用所学知识，所掌握的软件。3.本次实验并没有完全按照任务书上要求进行设计，一方面是为了善用芯片，另一方面是为了简化电路，还有一方面是因为对任务书上的微分电路不甚懂。所以只好另辟蹊径。4.逻辑问题非常关键，如本设计中采用同步时序电路，所有芯片共用同一时钟信号、同一清零信号，就是为了避免异步时序电路所带来的不可估计的时延问题，这种问题在实物实验中千变万化，非常棘手，因此在原理图设计时应尽量避免。另外，在总清零电路中，由于计数器芯片和寄存器芯片共用同一时钟信号，同一清零信号，所以第64拍的自动总清零环节是同步的，不会出现逻辑上的抵触。但是，在增加手动系统总清零环节时，计数器与寄存器必须做到同时清零，绝不能仅对寄存器芯片清零，否则会出现与编码不符的逻辑错误，因此总电路连接时对清零电路又进行了改进。 5.本次实验虽说很容易上手，但也是花费