四路彩灯显示系统Word文档格式.docx
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第三节拍时,Q1~Q4输出同时为1态0.5秒,然后同时为0态0.5秒,使四路彩灯同时点亮0.5秒然后同时灭0.5秒,共进行4次。
每个节拍费时都为4秒,执行一次程序共需12秒
3、用发光二极管显示彩灯系统的各节拍;
4、功能扩展(自选)
二、设计要求:
1、设计思路清晰,给出整体设计框图;
2、设计各单元电路,给出具体设计思路、电路器件;
3、总电路设计;
4、计算机仿真
5、安装调试电路;
6、写出设计报告;
主要设计条件
1.提供直流稳压电源、示波器;
2.提供TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。
说明书格式
1、课程设计封面;
2、课程设计任务书;
3、说明书目录;
4、设计总体思路,基本原理和框图;
5、单元电路设计(各单元电路图);
6、总电路设计(总电路图);
7、安装、调试步骤;
8、故障分析与电路改进;
9、总结与设计调试体会;
10、附录(元器件清单);
11、参考文献;
12、课程设计成绩评分表。
进度安排
第一周星期一上午安排任务、讲课。
星期一~星期五上午查资料、设计
第二周
1、计算机仿真
2、测试元器件
3、调试单元电路
4、调试总电路
5、调试验收
6、写课程设计报告书
星期五下午答辩
地点:
实验楼四楼电子综合实验室
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
×
清零
1
↑
d0
d1
d2
d3
送数
Q0n
Q1n
Q2n
右移
Q3n
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
74LS194
动作
1
Hz脉冲
B
第一节拍
*
右移1
2
3
4
5
第二节拍
左移0
6
7
8
2
Hz 脉冲
A
9
第三节拍
送1
清零
10
11
12
0
13
14
15
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
当完成这次课程设计后,感觉很有成就感,因为从电路设计到电路仿真,接线,测试都是自己独立完成。
第一次真正体会到将所学知识运用到实践中的快乐,最终得到了完美的结果,但是最重要的是经历一次如此难忘的过程。
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。
在完成这次设计的过程中,我也有参考相关的设计课题,甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计,以至于后来被束缚住,对自己的设计没有了头绪。
学习吸收别人的长处是应该的,但是不能完全沉浸进去,要有自己的思路和观点,并且努力去实现。
这就是快乐的最大源泉。
在完成设计的过程中自己不断解决了一个个的难题,要通向最后的成功,绝不会一蹴而就,饭要一口一口地吃,路要一步一步地走,做事要踏实,实事求是,不能好高骛远。
在电路接线过程中,也出现了很多问题,问题多并不可怕,可怕的是在反复的受挫中没有革新,不能改进自己的方法和思路。
通过这次课程设计,我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解,也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。
这是一次获益匪浅的实习。
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
《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编
《电子技术课程设计指导》彭介华、主编
高等教育出版社
《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编 华中理工出版社。
电气与信息工程系课程设计评分表
项目
评价
设计方案的合理性与创造性
硬件制作或软件编程完成情况*
硬件制作测试或软件调试结果*
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独特见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务情况
独立工作能力
组织纪律性(出勤率)
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)。