四路彩灯显示系统电路.docx
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四路彩灯显示系统电路
第一章 系统组成及工作原理
1.1设计总体思路
根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。
时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。
1.2基本原理
由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。
第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。
由于程序循环一次要12秒，故需要一个12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进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。
1.3框图
第二章 单元电路设计
2.1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………………………（1-1）
控制74LS161模十六计数器电阻值和电容值可设为：
R1=1KΩ，R2=20KΩ，C=0.01μF
由公式（1-1）计算得：
T=0.287S
图２.１时钟电路
2.1.1具体实现
74LS161
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,控制74LS161模十六计数器，74LS161A输出2倍T的脉冲信号；B输出4倍T的脉冲信号，大约为1S。
2.2循环控制电路
12进制循环控制电路示意图（74LS161由74163代替）
2.2.1具体实现：
如果模N计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，那么N是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CR’，将计数器清零。
此处工作状态从0000~1011，检测1100（异步清零）。
2.3彩灯花样输出电路
2.3.1运用到74LS194功能表
输入
输出
功能
/CR
S1
S0
CP
SL
SR
D0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3
0
×
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
清零
1
1
1
↑
×
×
d0
d1
d2
d3
d0
d1
d2
d3
送数
1
0
1
↑
×
1
×
×
×
×
1
Q0n
Q1n
Q2n
右移
1
1
0
↑
0
×
×
×
×
×
Q1n
Q2n
Q3n
0
左移
2.3.2通过12进制计数器的输出端的C、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表
CLK
时间
／Ｓ
节拍
QD
QC
S0
S1
SR
SL
74LS194
动作
0
１
Ｈｚ脉冲
B
1
第一节拍
0
0
1
0
1
*
右移1
1
2
0
0
1
0
2
3
0
0
1
0
3
4
0
0
1
0
4
5
第二节拍
0
1
0
1
*
0
左移0
5
6
0
1
0
1
6
7
0
1
0
1
7
8
0
1
0
1
8
２
Ｈｚ 脉冲
A
9
第三节拍
1
0
1
1
*
*
送１
清零
9
1
0
1
1
10
10
1
0
1
1
11
1
0
1
1
12
11
１
０
１
１
13
１
０
１
１
14
12
１
０
１
１
15
１
０
１
１
由上表由：
Ｓ０＝ＱＣ＇
Ｓ１＝ＱＤ＋ＱＣ
CLR＇＝（ＱＤ*A+QD＇）
进一步分析可知７４ＬＳ１９４脉冲控制：
ＣＬＫ＝（ＱＤ*A+QD＇）*ＱＤ+B
2.3.3彩灯花样输出电路接线图
第三章 总电路设计
第四章 实验、调试及测试结果分析
4.1结果的调试及分析
4.1.1调试使用的主要仪器:
数字万用表直流稳压电源示波器函数信号发生器
4.1.2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。
4.2调试中出现的故障、原因及排除方法：
4.2.1彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：
可能是移位计数器的S0，S1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。
还可能是12进制循环控制计数器没正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。
特别注意不能把非门的输入与输出接反了。
4.2.2彩灯无规律变化：
原因可能是12进制循环控制电路不能产生符合要求的控制码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与非门74LS２０和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。
4.2.3彩灯的四种花样都有，但一次循环结束到另一次循环开始中间有段时间彩灯不亮：
原因可能是控制循环的１２进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于１２进制，导致有放空时间。
应该检查７４ＬＳ２０是否正常工作，确保能实现１２进制计数。
第五章 总结与设计调试体会
做本次课程设计用去了大量的时间，发现对课本上好多东西都只是理解了个皮，而其真正的原理及作用很模糊。
通过仔细的看课本，并且翻阅了大量的资料，才终于把本次课程设计做完，通过本次课程设计，我发现了自己在学习方面的不足，克服并解决了一些问题，收获了很多，真的是获益匪浅。
在做本次课程设计的过程中，我学到了一些理论知识和做课程设计的基本思路，同时也对自己真正的水平也有了一个更清晰的认识。
设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。
在做课程设计之前都要能清楚的知道自己想要设计的是什么东西，而设计这些东西有需要哪些器件，如何把这些器件组合起来才能实现想要的功能，由于开始的时候一直觉得课程设计很难，不知道该从何处下手，耽误了很多时间。
经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于四路彩灯显示系统电路有了更深层次的掌握，并且提高了解决问题的能力。
在这次课程设计中，我对电路进行了仿真，并且认真的对电路的每一部分进行了修正，最后把设计搞定。
总之，我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于学习电气的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会电路设计里边的各种知识，为将来的工作打下良好的基础。
第六章 附录
6.1元器件清单：
555定时器，模十六计数器74LS161，与门74LS09，与非门74LS20，非门74LS04，或门74LS32。
74LS194双向移位寄存器，发光二极管等。
6.2参考文献
1.数字电子电子技术杨志忠主编高等教育出版社
2.电子技术实验与课程设计毕满清主编机械工业出版社
3.电类专业课程设计指导张华主编机械工业出版社
4.电子线路设计、实验、测试谢自美主编 华中理工出版社
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