彩灯控制电路方案设计书zfy.docx

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彩灯控制电路方案设计书zfy

西安邮电学院

数字电路课程设计报告书

———多路彩灯控制器

学院名称

：

电子工程学院

学生姓名

：

张奋亚（24）

专业名称

：

集成电路设计与集成系统

班级

：

电路0901

实习时间

：

2011年06月20日——2011年07月01日

一课程设计的题目：

多路彩灯控制器

二课程设计的要求：

1通过学习，熟练掌握各种芯片的功能及其使用方法；

2根据实际的功能需求，合理设计出彩灯控制器的电路图；

3能够依照设计的电路图搭建出相应的电路，并且具备一定的纠错能力；

三课程设计的意义：

本次课程设计，旨在通过设计、搭建、纠错、实现具有一定功能的实际电路，提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，培养良好的思维方式与习惯。

此外，增强学生对555、74LS161、74LS194等常用芯片的掌握，学以致用，从而激发学生对后续有关课程的学习兴趣，也是本次课程设计的目标之一。

四所用器材：

定时器5551片16进制计数器74LS1613片中规模集成移位寄存器74LS1943片非门74LS041片两输入与门74LS081片

LED发光二极管13个100欧姆电阻4个4.7K欧姆电阻1个150K欧姆电阻1个4.7uF电容1个0.01uF电容1个斜口钳面包板1片数字万用表1只

五各个功能模块的方案设计：

1脉冲信号产生模块

该模块电路的主要功能是产生实际需要的方波信号作为74LS161、74LS194芯片的CP脉冲。

由于电路对脉冲的精确度要求不是很高而晶体振荡需要分频，所以选用555定时器构成的多频振荡器。

2自动控制模块

该模块的主要功能是通过计数器的计数功能实现不同时刻对不同芯片的自动控制。

考虑到实际的功能需求，该功能模块由2片74LS161计数器级联而成，再通过74LS04、74LS08的取反、相与功能，通过改变芯片的Vcc端电位的高低从而实现在不同时刻对不同芯片工作的自动控制。

低位片的16个脉冲可以保证每一种花型的顺利输出。

而高位片的4位输出，通过不同的取反、相与组合，从而保证每个芯片都能够按照最初的设计正常工作。

3实现花型①模块

该模块的主要功能是显示第一种花色（4个LED灯依次点亮、熄灭）。

理论依据是扭环形计数器（也叫约翰逊计数器），即利用74LS194的移位功能实现Q3Q2Q1Q0的状态依次是0000→0001→0011→0111→1111→1110→1100→1000→0000等八个状态的反复循环。

4实现花型②模块

该模块的主要功能是显示第二种花色（相邻的两个LED灯依次点亮）。

理论依据是利用74LS161、74LS194的功能表，实现Q3Q2Q1Q0的状态依次为0011→0110→1100→1001→0011等4个状态的反复循环。

5实现花型③模块

该模块的主要功能是显示第三种花色（相邻的三个LED灯依次点亮）。

理论依据是利用74LS194的置数功能、移位功能，实现Q3Q2Q1Q0的状态依次为0111→1110→0111等2个状态的反复循环。

六各个功能模块的电路设计：

1>脉冲信号产生模块：

555定时器引脚图

脉冲信号发生器电路图

备注：

该脉冲信号发生器接通电源后电容C被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，与此同时，发电BJT导通，此时V0为低电压，电容C通过R2和T放电，是Vc下降。

当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被置为0，V0翻转为高电平。

当C放电后，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容C充电。

而当Vc上升到2/3Vcc时，触发器又周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波信号，从而为整个电路提供了CP脉冲。

输出波形（CP）：

2>自动控制模块

74LS161引脚图

74LS161功能表

自动控制模块电路图

备注：

当低位片工作第一个16节拍时，高位片输出0000，通过低两位的取反、相与，使得只有第一组芯片的Vcc值为1，控制第一组芯片的工作；当低位片工作第二个16节拍时，高位片输出0001，通过低两位的取反、相与，使得只有第二组芯片的Vcc值为1，控制第二组芯片的工作；当低位片工作第三个16节拍时，高位片输出0010，通过低两位的取反、相与，使得只有第三组芯片的Vcc值为1，控制第三组芯片的工作；当低位片工作第四个16节拍时，高位片输出0011，通过低两位的取反、相与，没有任何一组芯片的Vcc值为1，所有芯片停止工作，准备进入下一个周期的运行。

3>实现花型①模块

花型1的电路图

备注：

16个节拍正好可以工作两个循环。

4>实现花型②模块

花型2的电路图

备注：

16个节拍正好可以工作四个循环。

5>实现花型③模块

花型3的电路图

备注：

16个节拍正好可以工作八个循环。

七组装、调试过程中遇到的问题及解决方法：

①计数器不按照顺序计数。

原因：

第二排面包板插入芯片时整体接触不良，有两个芯片被铜丝连接起来，一个芯片被移动位置，结果显示正常。

面包板接触不良时有发生，我们应该及时换插口接入芯片，避免在接触不好的地方接线而引起串线。

②连接电路时，正负极连接正常，却有一部分负极与负极用万用检检测时发生异常，重新搭了一条路线才保证了负极与负极导通。

③连接电路时输出可以不连接，但输入必须连接。

④最好将悬空的输入管脚接高电平，排除电路的一切不稳定因素。

理论中有不少纯理想化的成分，在实验中应考虑实践中各部分合理论的差距，差别。

在实际中，电阻，电容，的真实值不会那样准确。

各器件的输入端在理论中悬空是表示接高电平，但是实际的逻辑器件如果输入端本该接高电平而没接，可能会导致元件的工作不稳定。

⑤搭建电路时出现接触不良等情况。

这是由于面包板的质量和连线时线头裸露部分没有完好的接触面包板的铜片造成的。

这时应该用万用表测量各个接头的电压来判断接触是否良好。

⑥发光二极管应接上行或下行电阻来保护，以免因为电压过大而导致损坏二极管。

⑦设计前应该熟练掌握每个元器件的工作原理和工作功能，以及中规模逻辑器件的管脚图，以免因此而造成不必要的过失

八本次课程设计的心得体会：

本次课程设计首先使用了Multism对整个电路进行模拟，当证实电路搭建无误后再在面包板上进行搭建电路，使得电路搭建速度较快，而且从本次课程设计中收获很多。

可以总结为以下的几点：

1>巩固数字电路基础知识

本次课程设计加深了我对《数字系统逻辑设计》基本知识的理解。

之前，关于数字电路的知识，掌握地不是很牢靠，实习课上，通过不断的查找资料完善电路也解决了一些自己在课堂上感到迷惑的问题。

由于本次课程设计所需的专业知识比较广泛，所以在完成电路设计的同时也达到了对数电基础知识的复习的良好效果。

2>加深对常用芯片的认识

实习中，对于许多常用的芯片，在运用上，取得了一定程度的进步。

例如忘记连接Vcc，或者接地线，致使芯片不能正常工作等之前时常发生的状况得到了进一步的改善。

3>灵活运用课堂知识理论结合实践

本以为此次课程设计会比较简单，只要按照课堂所学的知识设计、搭建整个电路即可。

实际上则不然，按照理论知识连接的电路在实际应用中会出现一些漏洞。

比如：

平时做习题时，我们是不用考虑导线、电阻是否连接牢固合理的，但在实际情况中，导线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱。

所以在连接电路时，应该尽量选择最短的路径。

理论指导实践，但是，理论中有不少纯理想化的成分，在实验中应考虑实践中各部分合理论的差距，差别。

在实际中，电阻，电容，的真实值不会那样准确。

各器件的输入端在理论中悬空是表示接高电平，但是实际的逻辑器件如果输入端本该接高电平而没接，可能会导致元件的工作不稳定。

更重要的是，通过本次课程设计，是我认识到硬件的调试比设计更为重要，在调试中发现问题，然后去追根溯源解决问题，在解决的过程中不断积累经验，不断提高自己的实践水平。

九主要参考文献

《数字电路与EDA实践教程》本学期数字电路实验教材。

《数字系统设计基础》毛永毅西安电子科技大学出版社

各种芯片的引脚图和功能表实验室提供

西安邮电学院电子工程学院数字电路课程设计过程考核表

学生姓名

张奋亚

班级/学号

电路0901/04096024

承担任务实验室（单位）

3号实验楼520

所在部门

电子工程学院

实施时间

2011年06月20日—2011年07月01日

具体内容

第一周

周一:

讲解设计要求，布置课程设计题目，领取元器件；

周二:

完成时钟电路（555）设计、组装和调试；

周三:

完成控制模块（74LS161）设计、组装和调试；

周四:

完成显示模块电路（74LS194）设计、组装和调试；

周五:

应用电路设计；

第二周

周一:

继续调试电路；

周二:

知道老师验收电路；

周三:

撰写实验报告；

周四:

撰写实验报告；

周五:

实验总结；

……

指导教师（师傅）姓名

罗朝霞

职务或职称

讲师

指导教师（师傅）

对学生的评价

学习态度

□认真□一般□不认真

学习纪律

□全勤□偶尔缺勤□经常缺勤

实践能力

□很强□一般□较差

指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见

指导教师（师傅）签字

年月日

西安邮电学院电子工程学院数字电路课程设计成绩鉴定表

学生姓名

张奋亚

班级/学号

电路0901/04096024

进行时间

2011年06月20日—2011年07月01日

成绩鉴定

学习内容（20分）

与教学任务计划结合程度（10分）

与专业培养结合程度（6分）

其它（4分）

接受单位评价

（20分）

实践能力（10分）

学习态度（6分）

学习纪律（4分）

报告鉴定

（60分）

报告内容与实践过程紧密结合（15分）

报告内容与教学计划内容紧密结合（15分）

报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数30分）

评阅教师姓名

罗朝霞

职称

讲师

成绩

评语

评阅教师签字

年月日