数字电子技术基础课程设计

1、 电子技术课程设计报告课题名称:四花样彩灯控制器学院:电气工程与自动化学院专业:电气工程及其自动化班级:电气08-4班学号: 310808010410姓名:指导老师:日期: 2010年6月27日 摘要彩灯控制器广泛应用到节日彩灯,舞厅灯,卡拉OK厅,酒吧,橱窗,家庭的装饰灯等等。本次课程设计要设计一个四花样彩灯控制器。要实现彩灯的自动转换,把四种码输入四选一数据选择器74LS153的四个输入端,它的地址输入端接双D触发器74LS74的两个输出端,74LS74可产生四种循环的状态,从而实现彩灯的自动转换。时钟信号由两个555产生,一个产生周期为0.721秒的矩形脉冲控制模十六计数器74LS161

2、和八位右移寄存器74LS164,另一个产生周期为14.01秒的脉冲控制双D触发器。当彩灯完成一种花样时,双D 触发器输出状态改变,数据选择器选择另一种码输出,彩灯变为下一种花样,完成循环。关键字:时钟脉冲分频自动转换控制器数据选择器 目录摘要 (1第一章设计要求 (11.1 设计课题及要求 (1第二章系统组成及工作原理 (22.1 系统组成框图 (22.2工作原理分析 (2第三章电路方案设计 (43.1 电路图设计 (43.2 方案比较 (4比较方案1: (4比较方案2: (5第四章单元电路设计与计算 (74.1 时钟脉冲产生电路 (74.2 四种码产生电路 (84.3彩灯开关电路 (8第五章

3、实验、调试及测试结果分析 (95.1结果的调试及分析 (9第六章总结体会 (10第七章致谢 (11第八章参考文献 (11附录 (12 第一章设计要求1.1 设计课题及要求(一题目:四花样彩灯控制器(二基本要求:设计一四花样自动切换的彩灯控制器,要求实现(1 彩灯一亮一灭,从左向右移动;(2 彩灯两亮两灭,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。(三主要参考元器:555定时器,模十六计数器74LS161,双D触发器74LS74,与门74LS08,非门74LS04,四选一数据选择器74LS153,八位移位寄存器74LS164。

4、第二章系统组成及工作原理2.1 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。设计框图如图2.1所示: 图2.1 系统组成框图由两个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。2.2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

5、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

6、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。 第三章电路方案设计3.1 电路图设计将各单元电路组织起来就得到了系统电路图,如附录1所示:本电路图设

7、计简单、结构清晰,可分为四种码产生电路、开关电路、输出电路和时钟电路这四个模块。四种码产生电路由模十六计数器和组合逻辑门构成,开关电路由双D触发器和数据选择器构成,输出电路由移位寄存器和彩灯构成,时钟电路由两个555构成。通过改变多谐振荡器的电阻可改变彩灯流动的速度和各花样持续的时间,实现了彩灯花样的动态变化,增强了控制器的灵活性。3.2 方案比较比较方案1:在原方案的基础上,用模十六计数器74LS161的输出端的最高位Q D作为双D触发器的时钟,可以少用一个555定时器。计数器每计八个数,Q D由低电平变为高电平,双D触发器的状态改变,四选一数据选择器74LS153选择下一种码输出,彩灯变为

8、另一种花样,以后四种花样循环改变。如图3.1所示: 图3.1 比较方案1电路图如果按此方案连接电路,彩灯无法完成第四种花样(依次点亮,依次熄灭,只能完成一半,依次点亮或依次熄灭,部分实现了设计要求,所以不采用。比较方案2:彩灯控制器电原理图如图3.2所示。ICl、IC2由555接成多谐振荡器。IC3由4位2进制计数器74LS93接成16进制计数器,其4个输出端可分别输出对计数脉冲的2、4、8、16分频信号。IC4是双D触发器74LS74,在这里接成两位2进制加法计数器。IC5是双4选l数据选择器74LSl53,这里只用了它的一组4选1数据通道。IC6是3位单向移位寄存器74LSl64,它是产生

9、移动灯光信号的核心器件。驱动电路用8只三极管组成8路射随器作缓冲放大,去触发作电流开关的8只双向可控硅,以控制彩灯发光。电路的十5V电源由220V/9V变压器降压,经D1一D4桥式整流,7805稳压后给控制电路供电。电路图如图3.2: 图3.2 比较方案2电路图 从ICl脚出来的脉冲信号分为两路:一路作为计数脉冲送到IC3的脚;另一路作为移位时钟脉冲加到IC6的脚。调节RWl改变ICl的振荡频率,可以改变灯光的移动速度,以得到不同的动态效果。IC2、IC4、IC5共同组成了一个电子开关。IC2输出的计数脉冲经IC4两位二进制计数,在IC4的两个输出端共可得到“00”“11”4个逻辑状态。这4个

10、状态作为IC5的4个数据通道选择信号,对应从IC3输送到IC5的Q A、Q B、Q C、Q D4个分频信号。其作用相当于一个受控的一刀四位的机械转换开关。当IC4输出为“00”时,选通IC5的脚;为“01”时,选定IC5的脚。调节RW2改变IC2的输出脉冲周期,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。从IC5第脚输出的数据信号送到IC6的输入端,在时钟脉冲作用下,数据在IC6的8位并行输出端从Q0一Q7顺序移动。这一移动的8位控制信号经功率驱动电路去推动8路彩灯,就出现了8路4花样自动循环切换的流水彩灯。很明显,这个方案很烦琐。会更多的出现不确定因数造成的错误。不选该方案。 第

11、四章 单元电路设计与计算4.1 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(R 1+2R 2C (4-1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:R 1=1K , R 2=51K , C=0.01F 由公式(4-1计算得:T=0.721S 电路图如图4.1所示: IRT UAL 图4.1 时钟电路另一个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

12、,C=0.01F由公式(4-1计算得:T=14.42S4.2 四种码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 要产生这四种码,可由十六进制计数器接组合逻辑门产生。4.3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。 第五章实验、调试及测试结果分析5.1结果的调试及分析1.调试使用的主要仪器

13、: 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。3.调试中出现的故障、原因及排除方法:(1彩灯只有一种花样变化,没有其它的花样:原因可能是双D触发器74LS74不能产生周期性的两位二进制码或是555不能产生触发双D触发器的CP脉冲,使双D触发器维持在一种状态。可换一片好的74LS74芯片或检查555CP脉冲产生电路,看是否产生周期性的CP脉冲,使双D触发器产生四种循环的状态

14、,彩灯就能四花样变化。(2彩灯无规律变化:原因可能是四种码的产生电路不能产生符合要求的四种码,检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定,看74LS161是否能计数,即Q A、Q B、Q C、Q D是否周期性的高低电平变化,前面没问题,再检查与门74LS08和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。(3彩灯的四种花样都有,但中间有一些混乱的状态:原因可能是数据选择器输出的两种码之间的间隔大于彩灯每一种状态持续的时间,使彩灯的一种花样完成后并没有进入另一种状态,当进入另一种状态时上一种状态的多余码进入下一个状态,故出现了混乱的状态。可改变双D触发器的CP脉冲,即改变多谐振荡器的电阻,使得一种花样完成后,

15、数据选择器地址输入端状态改变,正好选择另一组码输出,彩灯花样改变。 第六章总结体会说实话,这个课程设计对我一名大二的学生而言有相当的难度。设计电路的过程中。花费了大量的时间和精力,在图书馆翻阅了不少相关的图书,发现自身知识面太浅,有些东西实在很难理解明白。不过最终还是通过不断地求教老师,查看资料,完成了这次课程设计。设计电路时,将总体的功能分成若干个部分来实现,是简化电路设计思路的很好方法;且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法,对电路故障的检查也是很有帮助。通过这次设计,学到了很多东西,如查找资料,设计比较,从各种图中提取所需。课程设计时,越来越能体会到基础知识的重要性,若这次设计比作建高楼的话,那么平时的积累就是砖瓦了。不断地回顾运用所学的知识,使得我对以往模电、数电的学习有了更加深刻的理解。 第七章致谢首先要感谢我的教我数电的谢老师,因为在课程设计之前,他给我们很多意见,包括课题的选