电信0902流水灯控制器王守德课程设计Word文档格式.docx
《电信0902流水灯控制器王守德课程设计Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电信0902流水灯控制器王守德课程设计Word文档格式.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
设计完成日期2011年12月17日星期日
设计内容与设计要求
一、任务与要求：
设计一个彩灯控制器，要求如下：
1．有8只彩灯（用发光二极管代替）。
2．自左至右或顺时针逐次点亮至全亮，然后逐次熄灭至全灭。
3．自右至左或逆时针逐次点亮至全亮，然后逐次熄灭至全灭。
4．闪烁，8只灯同亮、同灭、同亮、同灭。
5.按2、3、4顺次周期性工作，亮暗间隔0.5S左右。
二、设计要求：
1．电路设计要求思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；
2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；
3．采用protues软件对电路进行仿真。
4．安装、调试电路；
5．写出设计报告；
主要设计条件
1.提供调试实验室；
2.提供调试面板，元件；
说明书格式
1．课程设计封面；
2．任务书；
3．说明书目录；
4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；
5．单元电路设计（各单元电路图）；
6．仿真波形
7．安装、调试步骤；
8．故障分析与电路改进；
9．总结与体会；
10．附录（元器件清单）；
11．参考文献；
11、课程设计成绩评分表
12、说明书统一宋体四号字体16开纸打印。
进度安排
前一周：
星期一:
课题内容介绍和查找资料；
星期二～三:
总体电路设计和分电路设计；
星期四:
仿真电路
星期五至
后一周星期二:
安装、调试电路；
；
星期三：
验收电路
星期四~五:
写设计报告，打印相关图纸；
星期六：
答辩
参考文献
《数字电子技术基础》康华光编著高等教育出版社
《电子技术基础实验、设计与仿真》贾更新编著郑州大学出版社。
摘要
本课程设计主要介绍一种基于集成芯片与逻辑门的彩灯控制器设计方案。
有8只彩灯（用发光二极管代替），自左至右或顺时针逐次点亮至全亮，然后逐次熄灭至全灭，自右至左或逆时针逐次点亮至全亮，然后逐次熄灭至全灭，闪烁，8只灯同亮、同灭、同亮、同灭，按2、3、4顺次周期性工作，亮暗间隔0.5S左右整个设计过程运用所学的数电知识采用相关芯片和逻辑门，首先设计出电路图，用Proteus软件仿真成功后再在实验箱上进行模拟实物，调试，最后达到设计要求。
关键词：
逻辑门；
集成芯片；
数电知识；
目录
1.设计思路与原理及框图1
1、设计思路与原理------------------------------------------1
2、整体框图------------------------------------------------1
2.各单元电路设计2
1、555脉冲产生电路2
2、异步十六进制计数器3
3、双四位移位寄存器4
4、状态转换JK触发器---------------------------------------6
3.总电路设计8
4.安装、调试步骤9
1、彩灯控制器安装9
2、彩灯控制器的调试----9
5.总结与设计调试体会---10
附录一（元件清单）12
附录二（参考文献）-----------------------------------------------------------------------------13
一.设计思路与原理及框图
1、设计思路与原理
本课程设计主要设计一彩灯控制器，有8只彩灯，自左至右或顺时针逐次点亮至全亮，然后逐次熄灭至全灭；
自右至左或逆时针逐次点亮至全亮，然后逐次熄灭至全灭；
闪烁，8只灯同亮、同灭、同亮、同灭；
按照这三个步骤循环。
对此，我用了四大模块：
一是双四位移位寄存器，二是十六进制计数模块，三是状态切换模块，四是555脉冲产生模块。
设计中，首先用555作为脉冲计数器，产生0.5s的矩形波提供边沿脉冲；
通过两片双四位移位寄存器可以实现左右移位；
通过十六进制计数器可以实现自左至右逐亮再逐灭，16次，自右至左逐亮再逐灭，16次；
应用两个下降沿JK触发器，组成一个二进制计数器，同过16次的脉冲触发改变彩灯工作的状态。
2、整体框图
状态转换电路
JK触发器状态切换
十六进制计数器
双向移位寄存器
时钟脉冲发生器
二、各单元电路设计
1、555脉冲产生电路
NE555内部比较器的灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活。
而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和外界温度的干扰较小。
由555定时器构成的多谐振荡器频率稳定，不易受干扰，所以选用555定时器构成脉冲信号产生电路。
其原理图如下所示：
图4.1.1由555定时器构成的多谐振荡器
工作原理：
在未接通电源时，用于多谐振荡器处于没有工作电源，不能正常工作，输出为高阻态，不能提供脉冲；
接通电源后，Vcc经过电阻R7，R8对电容C1进行充电，其电压U由0按指数规律上升。
当U》2/3Vcc时，电压由比较器A1=0,A2=1，基本RS触发器被置0，Q=0，Q的非等于1，输出Uo跃到低电平Uol.与此时，放电管V导通，电容C1经电阻R8和放电管V放电，电路进入暂稳态。
随着电容C1的放电，Uc随之下降。
当Uc下降到Uc《1/3Vcc时，则电
压比较器A1，A2的输出为A1=1,A2=0。
基本RS触发器被置1，Q=,1，Q的非等于0，输出Uo跃到高电平Uoh.同时，因为Q的非等于0，放电管V截止，电源又经电阻R7，R8对电容C1充电。
电路返回到前一个暂稳态。
因此，电容C1上的电压在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲。
2、异步十六进制计数器
74LS161功能表：
74LS161的功能表
表4.2.1
由上述的功能表可知，将CR，LD，CTP和CTT连接高电平，此时161处于十六进制计数状态，我们需要计数到16时产生一个下降沿提供给JK触发器，电路图如下：
74LS161的脉冲输入端2脚接入555定时器构成的多谐振荡器的输出端，接受其提供的脉冲触发，74LS161开始计数工作。
由于四个输入端均接地，则初始状态为0000，没接收一个CP脉冲，在时钟脉冲上升沿递增为1时，输出端变成0001，按规律依次递增到
第十五个CP脉冲的时，RCO产生一个高电平，下一个脉冲来临产生下降沿，Q0是用来控制闪烁的，Q2是用来实现第三部闪烁2次的。
Q3是实现前八位发光二极管移位高电平，后八位移位低电平。
3、双四位移位寄存器
74LS194功能表：
功能表中说明：
74LS194的移位方向控制S1和S0，移位电平控制Left和Right，置位输入是ABCD，QA，QB，QC，QD是输出。
仿真电路图：
原理：
本设计采用两片双四位移位寄存器194，用来进行8位流水灯的移位。
其中S0和S1可以改变移位方向，SR和SL可以改变移位的电平值，CLK提供移位脉冲，D0，D1，D2，D3提供置数的值，Q0,Q1，Q2，Q3是移位输出。
MR是清零端，低电平清零。
输出的八个端口接发光二极管。
4、状态转换JK触发器
74LS112引脚图和功能图
SD和RD低电平清零，JK控制状态，CP控制脉冲输入。
设计仿真图：
两个JK触发器组成二进制计数器，实现00-01-10的工作状态转换，同时两个R端可以满足条件后清零。
脉冲输入CO端连接161计数器RCO。
三、总电路设计：
四、安装、调试步骤：
1、彩灯控制器安装：
1）设计好电路，用Protues仿真，并修改使他正常运行，确定实际电路中需要的元器件。
2）连接电路时，考虑到元器件和导线的外在影响，接线时先逐个测量元器件和导线，发现坏的，立即找老师替换。
3）看到设计好的电路图，线路错综复杂，所以接线时非常仔细谨慎，一个一个模块的连接，两个移位寄存器的级联，计数器的计数，红绿灯的控制，完全接好后打开电源。
为简化接线过程，我把白天和夜间工作电路分为两次接线
2、彩灯控制器的调试：
1）通电后，观察有无异常现象，看实验结果是否与设计电路一致，起初发光二极管不亮，经检查是电源管脚接触不良，之后发现移位寄存器不移位，原来是SL、SR都是置的低电平。
移位寄存器的级联和置数的问题，刚开始移位是往中间移位，显然级联的不对。
2）重新接好置数逻辑模块后，接通电源，看电路的工作状态，看脉冲是否准确给出秒脉冲，开始时有时无，则一定是管脚接触不良，可以将自动脉冲改为手动脉冲，直到电路完整的工作完四个状态。
3）计数器和状态切换电路的工作电路也是按上述步骤安装、调试。
五、总结与设计调试体会：
拿到这个题目后，我一点头绪都没有，看着老师给的仅有的提示，我到书上重新学习数电知识，到处找资料，一点一点的去理解，根据老师的提示，摸索经典反感的设计，慢慢的理出了思路，初步得出电路图的模块的设计方法。
这次课程设计让我重新学习了数电知识，才明白以前为了应付考试而学到的知识只是皮毛而已，也让我明白了自学的重要性，深入了解一门课而得到正确答案的满足感。
初步设计好电路图后，接着在EWB软件上进行仿真，开始的几次仿真结果都不尽如人意，我找了好久的错误，一次又一次的修改，始终是同样地错误在那里。
连续几天的仿真，我都想放弃了，可是又不甘心，我就不信我做不出来，置之死地而后生，我把所有的图都删除了，重新开始设置逻辑，得出新的表达式，终于得到与理想电路图一样的结果。
接下来就是接线过程了，开始在工具箱上接线，由于线插入插孔很不稳定，完成接线是很困难的，经过请求，得到老师的允许我们可以在实验室的试验台上接线。
接线是个很繁琐，复杂的过程，还要考验个人的动手能力，我一步步的接好电路后，自认为接线是没有问题的，可是结果却不理想，看来理论和实践是有差距的。
经过上次仿真的打击和考验，一次接线不成功根本算不了什么，我逐个逐个模块进行检查，从双四位移位寄存器级联，191计数，特别是状态的切换控制，系统的检查后仍然没有得出满意的结果......我们决定按照上次的做法，置之死地而后生，把线全部拆了，重新接线，这样反复了几次，最后认真检查线路，我的搭档发现有一个芯片的电源线和地线没有接线，找到原因后迅速接好，结果和设计电路的仿真结果一模一样，我们也算完成了任务。
所以团队协作也是成功不不可少的因素。
经过两周的设计和实习，我学到了很多东西，不管是课本上的知识，还是生活中做事的风格和动手能力，我受益匪浅。
我还挺喜欢这种自己设计，然后一起动手完成自己的想法的过程。
最后，感谢张老师的耐心指导，你的温和让人大胆的不自觉的会不懂就问，更加明确自己的设计方向。
附录一
原件清单
555定时器
U1
NE555
一块
双四位移位
U2
74LS194
二块
计数器
U9
74LS161
二输入异或门
U10
74LS86
三输入非门
U11
74LS10
二输入与非门
U12
74LS00
六反相器
U13
74LS04
电阻
R7
100K
一个
R8
5.1K
电容
C1
4.7uf
C2
10uf
开关
SW1、SW2
两个
发光二极管
D1～D6
黄、绿、红
各三个
附录二
参考文献
【1】《数字电子技术基础》康华光编著，高等教育出版社
【2】《电子技术基础实验、设计与仿真》贾更新编著,郑州大学出版社
【3】《数字电子技术》（第二版）杨志忠主著，高等教育出版社
电气与信息工程系课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案的合理性与创造性
软件设计完成情况
硬件调试完成情况
设计说明书与设计图纸质量
答辩情况
独立工作能力
完成任务情况
出勤情况
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
升级会员 