八路彩灯课程设计Word文件下载.docx
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目录
1任务要求…………………………………………………………………………P4
2硬件电路结构设计………………………………………………………………P4
2.1电路流程图……………………………………………………………………P4
2.2单元电路设计…………………………………………………………………P4
2.2.1时钟信号设计……………………………………………………………P4
2.2.2花型控制设计……………………………………………………………P4
2.2.3花型演示设计……………………………………………………………P4
3电路设计与调试…………………………………………………………………P5
3.1主要元器件介绍……………………………………………………………P5
3.1.174LS161芯片…………………………………………………………P5
3.1.274LS194芯片…………………………………………………………P6
3.1.3CD4049芯片…………………………………………………………P8
3.2花型控制电路………………………………………………………………P8
3.3花型演示电路………………………………………………………………P9
3.4总电路…………………………………………………………………………………P9
4注意事项……………………………………………………………………………P10
5结论…………………………………………………………………………………………P11
6心得体会……………………………………………………………………………P11
8路彩灯控制器
1任务要求
设计一电路控制彩灯实现以下几种循环显示，安装调试电路、验证功能。
花型
（一）：
两个灯为一组，四组均从右向左亮起，在从右向左灭掉。
花型
（二）：
两个灯为一组，四组均从左向右亮起，在从左向右灭掉。
2硬件电路结构设计
2.1电路流程图
拿到题目，通过分析问题和初步的整体思考，设计出如下方案：
整体功能的实现需要以下三个模块来实现：
时钟信号的产生,花型的控制,花型的演示模块。
总体框图如图1所示：
花型演示
花型控制
时钟信号
2.2.1时钟信号设计
原本打算用由555定时器构成的多谐振荡器来提供脉冲,后考虑此次的设计并未用PCD印版,而是使用万用版。
为了简便电路,直接使用实验台的连续脉冲来作为时钟信号提供脉冲。
2.2.2花型控制设计
花型的控制功能由1个74LS161（四位二进制同步计数器）
2.2.3花型演示设计
花型控制电路可用1片74LS194移位寄存器作为彩灯控制器,这是本设计的难点跟关键，控制电路为移存器工作方式控制电路。
工作方式控制电路产生移存器所需的各种控制信号。
由于控制信号的选择与花型变换有关。
3电路设计与调试
3.1主要元器件介绍
3.1.174LS163芯片
74LS163是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：
<
74ls163引脚图>
管脚图介绍：
时钟CP和四个数据输入端P0~P3
清零/MR
使能CEP，CET
置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC.（TC=Q0·
Q1·
Q2·
Q3·
CET）
表1<
74LS163功能表>
输入
输出
CR
CP
LD
EP
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
↑
x
1
x
D
C
B
A
D
C
状态码加1
从表174LS163功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS163输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
74LS163还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·
CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS163可以组成16进制以下的任意进制分频器。
3.1.274LS194芯片
74LS194移位寄存器一个触发器能存储一位二进制数，n位二进制数则需n个触发器来存储。
当n位数据同时出现时称为并行数据，而n位数据按时间先后一位一位出现时称为串行数据。
串行数据需要一个时钟信号来分辨每一个数据位。
用n个触发器组成的n位移位寄存器可以用来寄存n位串行数据，可以实现串行数据到並行数据的转换，也可实现並行数据到串行数据的转换。
移位寄存器通过组合电路组成的反馈电路能实现不同的计数功能，例如，环形计数器和扭环计数器等。
在寄存器中存储的数据由低位向高位移动一位时，即数据右移，例如二进数0011向高位移动一位变成0110，二进制数由3变为6。
同理，数据由高位向低位移动称为左移，左移一位，数据相当于除2。
因此移位寄存器有左移寄存器和右移寄存器之分。
也有可逆移位寄存器，即在控制信号作用下，既可实行右移，也可实行左移。
TTL集成移位寄存器74194是四位双向移位寄存器，具有并行寄存，左移寄存，右移寄存和保持四种工作模式，由M1M0端信号确定74194的工作模式。
为低电平有效的清零端，DSR为右移串行输入端，DSL为左移串行输入端，D3D2D1D0为并行输入端。
如图2（a）方框符号、（b）管脚图所示：
图2（a）方框符号（b）管脚图
74LS194的功能表如下表2所示
表274LS194功能表
CR
M1M0
DSLDSR
D3D2D1D0
Q3Q2Q1Q0
×
×
0000
1
Q3Q2Q1Q0
11
↑
ABCD
ABCD
10
1×
Q2Q1Q01
0×
Q2Q1Q00
01
1
1Q3Q2Q1
0
0Q3Q2Q1
00
由上表可以知道，74LS194在
端为低电平时具有异步清零功能。
条件下，M1M0=00时，寄存器实现保持（数据）功能；
图2（b）中QA作为寄存器高位输出，即QAQBQCQD=Q3Q2Q1Q0，M1M0=01时，寄存器实现右移功能，CP作用下，数据由高位向低位移动，右移输入端DSR数据移入Q3；
M1M0=10时，寄存器实现左移功能，CP作用下，数据由低位向高位移动，左移输入端DSL数据移入Q0；
M1M0=11时，寄存器实现并行输入（预置）功能，并行输入数据D3D2D1D0=ABCD寄存到Q端，时钟上跳后Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0=ABCD。
3.1.3CD4049芯片
CD4049是六反相缓冲器，具有仅用一电源电压（VCC）进行逻辑电平转换的特征。
用作逻辑电平转换时，输入高电平电压（VIH）超过电源电压VCD。
该器件主要用作COS/MOS到DTL/TTL的转换器，能直接驱动两个DTL/TTL负载。
CD4049引脚图如图3所示
图3
3.2花型控制电路
花型的控制功能由74ls161（四位二进制同步计数器）具体电路如图4所示
图4
3.3花型演示电路
花型演示电路由74LS194
具体电路如图5
如图5
3.4总电路
总电路如图6所示
如图6
4注意事项
1、一开始接触到这个题目，觉得无从下手，任何头绪都没有。
但通过老师的启发我对这个课题有了初步的认识。
接下来通过查资料和同学的帮助我有了初步设计思路。
2、电路设计与软件设计是有很多相似之处的。
比如分阶段，坚持进行阶段评审，模块化等。
我这次没有把面包板完全拆掉重连一次，也得益于我有软件设计的思想，我是设计完全好并且通过仿真测试后才动手连电路的。
3、线路布局。
一开始接时没注意这个问题接了两个模块后线已经绕的十分复杂了，只好拆了重新进行合理布局。
这样做以后线路整齐，板子美观。
4、芯片的选择。
一开始用的方案，需要11个芯片。
为了简化电路，选择了现在这个方案。
可如果直接按S1、S2的表达式连接需要一个08与门和一个32或门，但都只用了一次。
可如果改用00与非门只需一个，从而减少了芯片数目。
5、在焊接芯片完成时,发现灯不亮,检查后发现194芯片没接电源,还发现其他芯片接地没接。
6、限流电阻。
限流电阻不能太大，否则部分二极管可能就无法工作，这个问题是在仿真过程中发现的。
5结论
此次课程设计制作的8路彩灯控制器，一共使用了74LS194，74LS163，CD4049，三个芯片的连接实现的，最后制作出的成品和protues仿真的结果一模一样，实现了两个灯为一组，四组均从右向左亮起，在从右向左灭掉和两个灯为一组，四组均从左向右亮起，在从左向右灭掉两种花型的变化。
6心得体会
一个星期过去了，意味着开放实验室项目结束，在这次实习中我学到，得到很多东西，课程设计的主要目的是培养学生综合运用所学知识,通过自己的亲身体验去发现，分析和解决操作过程中所遇到的种种问题,锻炼自己的动手能力和实际分析问题的能力，在这次的设计中我对此深有体会。
在拿到这个课题的时候大脑中一片空白，毫无头绪，虽然我们在上学期学习了模拟电子技术，在这学期学了数字电子技术，然而在拿到这个课题的时候才发现理论知识与实践的区别，后来在老师的提示下，有了大概的设计思路，在书本上翻阅了每个设计所需要的芯片，明白及懂得每片芯片的作用及各个引脚的功能！
接着和同学交流学习设计出电路图并通过protues软件进行仿真，经过几天的努力，不断的修改与完善后终于得到了一个方案，虽然这个方案不是最佳的但是也是通过自己调试出来的，最开始是测试器件的好坏，验证器件没问题后就按图纸接线，在接的时候才发现困难重重，在一块小小的接线板上要接上3个芯片，每个器件有十多个引脚，线多得让人眼花缭乱，更难的莫过于分辨其中得每个引脚，而实验用的导线引脚比插孔小很多，一不留神就会掉下来，接到后面是叫人心惊胆颤，生怕引线再掉下来，这就是在考验一个人的细心和耐心了。
每次接完线后，满怀希望的去通电，得到的结果却不是理想的，不是灯不亮就是灯的花型不对。
这次设计使我更加懂得了自己所学知识是多么的有限，自己的各个方面都需要再加强。
而我们要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践；
才能使自己不被社会淘汰。
在这次设计中，也要感谢同组的同学的帮助，相互讨论中也使我学习了他们不同的思考方式，训练了我的团队合作能力，使我明白了团体合作是很重要的。
在经历了多次失败后，渐渐地总结出一些好的捷径，就是在接线时按整个电路划分的各个功能块逐一接线，接完一个功能块就给予测试通过了再接下一个功能块电路，这样做在接错线时能更好地排除故障。
这次试验就这样结束了，最后总结这次数字电路课程设计中，我受益匪浅，在这一周的日子里，可以说得是困难重重，举步维艰，但是在操作过程中通过老师的指点，同学的交流，将遇到的问题逐一解决了，真的感觉到学会了很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的相关知识，更重要的是学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，要把所学的理论知识与实践相结合起来，总结出经验和规律，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，同时也感触到了团队协作精神的可贵。
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