数字电路课程设计Word下载.docx
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1、设计任务
（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）从左到右1~8灯逐次点亮，然后逐次熄灭
（5）四种花样自动变换
2、设计要求
（1）设计一个能自动转换的彩灯控制器；
（2）要求绘出原理图；
（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；
（4）在万能板上制作四花样彩灯；
（5）拟定测试方案和设计步骤；
（6）写出设计性报告。
二、方案设计与论证
本次设计用多谐振荡器、计数器，数据选择器和8位移位寄存器实现。
多谐振荡器用于产生计数器和移位寄存器所需的时钟脉冲，用555定时器产生。
计数器用74LS161芯片实现，和组合逻辑电路一起产生四种花样所需的码制。
数据选择器用于选择哪种码制，用74LS153双4选1数据选择器实现，其地址输入端A、B用两个D触发器构成二位二进制循环加法器，即可实现四种花样的自动切换。
移位寄存器用74LS164八位移位寄存器实现，并行输出端用于控制8个发光二极管。
三、单元电路设计与参数计算
１、四种码制产生电路设计
（1）四种花样的码制
根据四种花样的要求可以得到如下的码制：
花样
状态要求
周期（位）
码
1
一亮一灭，从左向右移动
8
10000000
2
两亮两灭，从左向右移动
11000000
3
四亮四灭，从左向右移动
11110000
4
从1～8从00左到右逐次点亮，然后逐次熄灭
16
1111111100000000
（2）、计数器输出真值表
由码制可以得到如下的真值表：
序号
原状态[S（t）]
Q4Q3Q2Q1
次态[N（t）]
输出
Z1
Z2
Z3
Z4
5
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
6
7
9
10
11
12
13
14
15
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
根据真值表可以得到各种码制Z1~Z4的逻辑表达式：
Z1=
Z2=
Z3=
Z4=
；
（3）四种码制产生电路设计
根据逻辑表达式，用74LS161芯片和逻辑门可得如下电路图：
2、多谐振荡器电路
用555定时器产生计数器和加法器的时钟脉冲，改变相应电阻和电容的值即可产生不同频率的时钟信号。
本次设计计数器和移位寄存器用R1=1KΩ、R2=51KΩ、C1=0.01μF、C2=10μF产生，时钟周期：
T=0.7（R1+2R2）C1=0.721S；
加法器即自动转换控制脉冲用R1=1KΩ，R2=1MΩ，C1=0.01μF、C2=10μF产生，时钟周期为：
T=0.7（R1+2R2）C1=14.42S。
3、彩灯开关电路设计
（1）设计思路
开关电路通过两个D触发器构成两位的二进制加法器，把加法器输出端送到双4选1数据选择器的地址输入端，决定选择哪一路花样信号，最后将所选的花样信号送到移位寄存器后，并行输出即可控制8个发光二极管状态。
（2）开关电路详细设计
状态转换真值表
输入
输出
Q1n
Q2n
Q1n+1
Q2n+1
状态方程：
Q1n+1=Q2n，Q2n+1=
激励方程：
D1=Q2n，D2=
（3）开关电路图：
4、移位寄存器控制彩灯电路
本次设计用74LS164八位移位寄存器实现，1、2端为串行输入端，8为时钟脉冲输入端，清零端直接接电源，通过移位寄存器将串行输入的花样信号的码制逐位右移到并行输出端，进而控制8个彩灯的状态。
彩灯不能直接接地，必须接限流电阻，否则二极管可能由于电流过大而烧坏。
具体电路如图：
四、总原理图及元器件清单
1整体框图
2．总原理图
3元件清单
五、安装与调试
本实验的电路板采用的是通用板，即万能板。
仔细分析总电路原理图，根据各管脚的连接情况，大致确定芯片插槽的具体位置，将插槽插入确定的位置后，用电烙铁和锡将插槽焊接固定在电路板上。
检查各焊接点是否有虚焊，如有则补焊。
再将相应的芯片小心地插入相应的插槽内。
然后根据总电路原理图细心地将各个相应的管脚通过导线连接起来，并用电烙铁将连接点焊接牢固。
最后再将剩余的二极管，电阻和电容等元器件一一焊接在电路板上。
检查剩余焊接点是否有虚焊，如有则补焊。
通用板的一侧竖条及相连横条定位Vcc,另一侧竖条及相连横条定位GＮＤ。
电源电路板安装参照模电书的稳压电源部分，安装焊接后，检查各焊接点是否有虚焊，如有则补焊。
静态调试：
首先，仔细查看和分析电路板各连线情况，对照总原理图看是否有连接错误；
其次，用万用表检查各连接线路是否有短路和断路；
最后，将电源电路板上的插头接２２０Ｖ电源，用万用表检查电源部分输出是否为５Ｖ左右。
动态调试：
通电后，电源部分输出为５Ｖ左右，断电，将电源的输出部分和Vcc，GＮＤ连接，注意正负极，不可接反。
然后再通电，观看ＬＥＤ发光情况，大致有５种状态：
（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）从左到右1~8灯逐次点亮，然后逐次熄灭。
（5）四种花样自动变换。
根据出现的发光情况分析可能出现的问题，然后借助万用表和示波器检查分析验证出现的问题，并做相应的修改。
再看发光情况，反复调试分析及修改，直至达到上述的５种状态的一种。
六、性能测试与分析
安装焊接完毕后，接通电源，发现８个ＬＥＤ灯一直亮着，并没有任何闪烁和移位点亮，７８ＬＳ１６４芯片没正常工作。
问题首先出在计数器时钟脉冲并没有到达７８ＬＳ１６４芯片的ＣＰ＞端，即没脉冲信号，移位寄存器没接到触发脉冲，不能正常移位点亮；
也可能是计数器时钟电路有问题，某些元件接反或者接错极性等。
用示波器检查脉冲信号，将５５５芯片的３输出端接在示波器信号输入通道１，观察显示的波形和频率，波形基本上为方波，但是频率却高达１.３GHZ，这样的高频可能使得７８ＬＳ１６４芯片的移位频率过快，人眼无法观察到明显闪烁。
检查计数器时钟脉冲电路的各个管脚连线及可能出现的元器件问题。
原来，555芯片的5，1端之间接的是10uF的电容。
而2，1端之间接的是103片电容，参看模电书，这两个之间的电容位置接反了，将两个元器件取下来调换位置，并焊牢固。
同时查看状态转换时钟电路部分，发现也是同样的问题，和计数器时钟脉冲电路一样的解决方法。
重新通电后，ＬＥＤ灯符合第一种状态，从左到右一次点亮一次，但是只有一趟，不能状态转换。
这样计数器时钟脉冲电路和７８ＬＳ１６４移位寄存器都可以正常工作，计数器时钟脉冲电路输出较稳定的时钟信号到７８ＬＳ１６４移位寄存器和７８ＬＳ１６1计数器，实现时序同步。
不能状态翻转，可能是4个输出状态Z1，Z2，Z3，Z4，没有正常输出到７８ＬＳ153数据选择器，也可能是开关控制电路的4个状态的输出没有，使得数据选择器通电后只一趟输出Z1状态，用示波器检查状态转换时钟电路，可以输出一定频率的方波，状态转换时钟电路不再是问题；
检查4个输出状态Z1，Z2，Z3，Z4，先用万用表的直流20V档检查７８ＬＳ１６1计数器是否能正常工作；
计数器的11，12，13，14号管脚输出一定时间高电平，相同一定时间输出低电平，11，12，13，14号管脚的输出高低电平交替频率不一样。
说明7８ＬＳ１６1计数器能正常工作。
再用万用表检查7８ＬＳ１６1计数器的输出和相应的7８ＬＳ04反相器和
7８ＬＳ08二输入正与门的连接情况。
将７８ＬＳ153数据选择器的7号输出端另接出一条长导线，空出导线端点触不同位置，观察ＬＥＤ灯发光情况，以分析不同转换情况。
最后只剩下状态转换控制电路部分，即开关电路。
开关电路没有正常输出状态转换信号到７８ＬＳ153数据选择器，不能选择Z1，Z2，Z3，Z4，4种显示状态。
用万用表查看开关电路的连线，并查看７８ＬＳ74双D正触发器互相连线的对应管脚正误。
发现是互联对应管脚出错和漏接管脚4.10号到Vcc。
将相应的互联管脚正确互联，并补焊上漏接的管脚。
再次，通电，可以实现移位和状态翻转。
但是只能出现5种情况的三种及一些乱码显示，如3个亮的。
5个亮的，周期只是计数器时钟周期的4倍，8倍或者16倍等。
通过计算计数器时钟周期为T1=0.721S,状态转换电路时钟周期T2=14.42S，20倍的关系。
会出现某一个状态还没有完成就进入下一个状态的现象，导致一些乱码。
将计数器时钟电路的1Kom电阻换成22Kom电阻。
经计算新周期T1’=0.868，基本是16倍的关系。
通电后还是有些乱码。
并且频率不稳定。
仔细调试基本上符合试验要求。
七、结论与心得
本次课程设计，采用通用板，芯片管脚连线很容易出错，并且采用了好几个芯片，连线都很费力，生怕连错。
不过通过此次试验让我了解了我的不足：
焊接电路板的基本功不扎实，有好几个点都虚焊或脱焊了，并且看上去都不美观。
这无疑加大了后面调试的难度，这样以来就又对每个芯片功能一一仔细温习了一遍，不过这让我对这些芯片有了更深入的了解，特别是移位寄存器的原理和使用。
本次试验确有一定难度，反而我们组都积极配合起来，大家都对这控制电路有很好的了解，分工明确，偶尔出现的小问题一起解决，这样不仅增强了我们之间地认识，而且培养了我们大家的团队合作精神。
通过本次实验，让我更明白：
做电路实验，心一定要静下来，出现的问题认真地分析，总会找到原因和解决的方法。
八、参考文献
电子技术基础-模拟部分（第五版）康光华主编
电子技术基础-数字部分（第五版）康光华主编
电子技术试验郝国法梁柏华编著
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