循环彩灯控制器课程设计Word格式.docx
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起止日期
工作内容
1
2012
年6月7日~2012年
选择设计题目并阅读有关文件、资料，学习使用
6月
11日
proteus
2
2012年6月12
日~2012
依据设计任务和要求，做出纲领和目录
年6
月13日
3
2012年6月13
依据目录做出设计内容
月16日
4
2012年6月17
依据设计内容用proteus绘图
月18日
5
月19日
整理课程设计的格式与内容
6
月20日
打印并装订
教研室审查建议：
教研室主任署名：
年月日
教课院（系）审查建议：
主任署名：
1.
2.
3.
3.1
3.2
4.
5.
5.1
5.2
10
5.3
5.4
11
6.
12
7.
8.
15
9.
16
10.
17
11.
19
12.
13.
20
本次循环彩灯的设计制作由时钟信号CP电路、花型控制电
路、花型演示电路、节拍控制电路构成的集成电路来实现，此中
花型控制电路由1614位二进制同步计数器达成，花型演示电路由
195双向移位存放器达成（可左移右移达成花型更改），节拍变
更由151八选一数据选择器达成，节拍的快慢更改可有74双上涨
沿D触发器达成，它可实现二分频。
2.重点字
循环彩灯、时钟信号CP电路、花型控制电路、花型演示电路、节拍控制电路。
3.设计布景
3.1认识数字电路系统的定义及构成
数字电路系一致般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。
输入电路主要作用是将被控信号变换成数字信号，其形式包括各样输入接口电路。
比方数字频次计中，经过输入电路对轻微信号进行放大、整形，获取数字电路能够办理的数字信号。
模拟信号则需要经过模数变换电路变换成数字信号再进行办理。
在设计输入电路时，一定第一认识输入信号的性质，接口的条件，以设计适合的输入接口电路。
3.2掌握时钟电路的作用及基本构成
时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，
整个系统都在它的控制下按必定的规律工作。
时钟电路包括主时
钟振荡电路及经分频后形成各样时钟脉冲的电路。
比方多路可编
程控制器中的555多谐振荡电路，数字频次计中的基准时间形成
电路等都属于时钟电路。
设计时钟电路，应依据系统的要求第一
确立主时钟的频次，并注意与其余控制信号联合发生系统所需的
各样时钟脉冲。
4.设计方案的选择
针对题目设计要求，经过剖析与思虑，制定以下二种方案：
方案一：
整体电路共分三大块。
第一块实现花型的演示；
第
二块实现花型的控制；
第三块实现时钟信号的发生。
主体框图以下：
时钟信号CP花型控制电花型演示电
发生电路路路
方案二：
在方案一的基础大将整体电路分为四块。
第二块实现花型的控制；
第三块实现节拍控制；
第四块实现时钟信号的发生。
并在部分电路的设计上与方案一采纳了完好分歧的方法，如花型的控制。
依据所供给的实验器械各模块整体思路以下：
时钟信号CP电路：
拜会高等教育第一版社王淑银主编的《数
字电路与逻辑设计》课本P404图10-3-6（a）;
花型控制电路：
由1614位二进制同步计数器达成；
花型演示电路：
由195双向移位存放器达成（可左移右移达成花型更改）；
节拍控制电路：
节拍更改由151八选一数据选择器达成，节拍的快慢更改可有74双上涨沿D触发器达成，它可实现二分频。
整体方案的选择
方案一与方案二最大的分歧就在，方案一是鉴于基本要求而设计的，方案二加入了节拍的更改，花型控制电路和花型演示电路的CP都是节拍控制以后的CP。
两种方案的基本思路同样，将整个设计电路的功能模块化，
设计思想比较简单。
元件种类使用少，且都较熟习易于组装电
路。
这么设计的出发点是：
电路设计模块化，易于检查电路，对
后边的电路组装及电路调试都很方便。
。
花型控制电路简单，花
型也比较简单。
因为在设计的构思期间，已经确立将电路模块化，设计的过
程中又已经将节拍控制电路设计出来，经过仿真软件也实现了设
计要求——分频。
方案二同时达成了选做的要求，只需保证每一
模块实现其功能方案二其实不难也不复杂，为了保证短时间内完
成课程设计和高效率，我选择了方案二。
5.单元电路的设计
5.1花型控制电路
由二片移位存放器194实现。
其八个输出信号端连结八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。
而花型之间的更改经过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。
三栽花型变换款式
花型1：
8路灯分两半。
从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左
至右渐灭。
循环两次；
花型2：
从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边
逐次渐灭。
花型3：
从左至右按序渐亮。
全亮后逆序渐灭。
循环两次。
移存器输出状态编码表
节拍序号
花型1
花型2
花型3
00000000
10001000
00011000
10000000
11001100
00111100
11000000
11101110
01111110
11100000
11111111
11110000
01110111
11100111
11111000
7
00110011
11000011
11111100
8
00010001
10000001
11111110
9
01111111
00111111
00011111
13
00001111
14
00000111
00000011
00000001
我的设计是每栽花型完好显示两遍，所以三栽花型完好显示一
遍需要的总结拍数为64，即1~16显示第一个花型，17~32显示第
二个花型，33~64显示第三个花型。
要用
194实现三个花型的连续显示一定对两片
194的
S1、S0
和SL、SR一句节拍的更改进行相应的改变
经过
161的输出反应
来控制经过察看每
16个
CP低位片输出
Q1—Q4更改比较屡次
根
据更改的花型频次采用高位片的
Q5—Q6去控制
SL、SR、
S1、S0的更改进而实现滑行的更改。
现将两片
194分为低位片
和高位片
2，再将其输出端从低位到高位记为
L1~L8。
列出各花型
和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列
表以下：
（用^Li
示意Li
的取非）
花型
低位片
节拍控制信号
SL
SR
S1
S0
QQ
EF
X
^L8
00
L4
01
x
列出卡诺图剖析
194低位片
QE
QF
1XX100
SL=^L8
S1=Q
E.^Q
F
Q
SR=^L8SL=^（QE.^QF）
194高位片
XL4
SL=XSR=^Q.^L8+Q
.L4
S1=0S0=1
由上图剖析能够获取控制194高、低位片的左移右移更改控制端
S1、S0以及串行输入端的由
161的输出端
QE、QF和自己输出端
和^L8
控制。
用去
QA—QH示意
161从低位到高位的个输出端。
控制结果表达式以下：
194低位片
194高位片
S1=QE.^QF
S1=0
S0=^S1
S0=1
SL=X
SR=^L8
SR=QF.L4+^QF.^L8
电路图以下：
5.2花型演示电路
由二片161级联的模128（三栽花型节拍每种显示两遍，再总
体重复一遍的总节拍数）计数器。
161的级联用的是同步，并用^QH清零。
当三栽花型崭新显示一遍后（总合64拍）161的输出变为
00000100所以将161高位片的Q2（即QG）信号输给节拍控制电路
的151的A来经过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频次。
161
的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。
5.3节拍控制电路
由一片151和一片74级联实现。
整体上实现脉冲频次的变换，即
交替发生快慢节拍。
令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端
的输出接到151的D1端。
令151的B,C,G’,GND接低电平，Vcc
接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的
QG输出。
所以Y端的输出就为：
Y=CP·
^A+Q·
A
（Q是74D触发器的输出端）由D触发器拥有记忆功能，记录上一
个状态，所以在每一个CP脉冲的上涨沿，Q输出为前一次的记录
（即一个脉冲）。
也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。
所以经过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频次。
A端接的是161的高位片的QG即当抵达第64拍时QG为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。
电路图以下:
5.4时钟信号电路
由一片555加上适合电容及电阻实现。
电容取：
4.7μf
0.01
μf
电阻取：
150kΩ
4.7
kΩ
6.整体电路图
注:
因为仿真绘图时芯片复杂，CP发生电路发生用电源取代（已试验，能够等效）。
7.各个单元电路输入输出波形
1．基本CP脉冲发生电路波形图与分频电路波形图
2.测试波形:
（列挨次为CP脉冲,低位片194A,B,C,D,高位片
194A,B,C,D即QA---QH）
花型一：
花型二：
花型三：
8.电路调试
用194去实现一个花型很简单，假如是三个分开也难，但是
本次设计要同时实现三个花形，是经过151来选择吗？
是手动
吗？
手动有些不确实质。
经过思虑没有获取解决，只感觉161的
计数器假如不去反应控制194的更改，那么它的存在价值不大，
接下来我看了一些参照书本，大体有了自己的思路，于是开始设
计，我用了<
<
数字系统设计——数字电路课程设计指南>
>
（北京
邮电学院第一版社高书莉编）所供给的前两种，第三种是我自己设
计的。
所以刚开始的几日就向来在想如何将三栽花型连接起来，
但是书中介绍比较组略，只知道S1、S0、SL、SR不是直接输入的。
仍是在思虑一下，假如给161和194的CP是同步的那么就每来一个上涨沿161计数一次同时194的更改一次，每个花型需要
的CP脉冲数是固定的，也就是说只需经过计数器的反应就能够控制滑行之间的变换。
但是161的输出端有8个，详细怎么控制呢？
想欠亨的，就回归到数电中设计的基本思路，列出状态转移
表，来找规律。
经过察看终于成功用两个161的输出端来反应，
这样电路就特别简单了，还可以实现功能。
好不简单设计好了，却
发现与非门和非门不敷用，还有哪里能够化简呢？
对，194输出
端反应，两个片子串行输入端有时输入的是同样的，还可以够进一步简化，着用就用了最少的与非门和非门实现。
因为已经设计好，便开始进行近来单元——CP脉冲发生电路。
因为书上有完满的电路图直接照着连就行。
但是问题其实不
是想的那么简单，因为我一开始操控就不知道如何布线才合理，常出现看着电路图不知道这条线该走哪儿连过去，看过老师的示范电路板的布线后，自己也那样连线，尽量走直线。
连完时钟电路后，满认为会很成功，因为我的电路连得很简短。
结果是加电
后LED二极管竟然常不亮，检查电路没什么问题，我开始惊慌失措，万用表电池还么有装备，所以没法检测哪里犯错了，于是我把电路从头连了一遍。
布线特别的好，此后老师看到还说我做得好，但是连结电源，仍是不可。
于是去咨询其余同学，她也有近似问题，换一个555就行了，于是我也换了55芯片，就好了。
但是第三天再加上电源又分歧错误了，LED二极管竟然常是常亮，检查电路没什么问题，并且好多同学都有和我同样的问
题，有同学说那可能是线的而问题，也可能是板子的问题，也可能是电容的正负极插反了不论是什么问题，一个个清除吧。
最后其实也没很切实的知道问题的所在，因为分歧的方法都在试具
体是哪个也不确立了。
我感觉最可能是电容的正负极和LED的插稳与否的问题。
于是我检测了电路测试了电位，都正确。
老师过来看时让我加电他看看，结果竟然是我给的电压太高了，我在加
电是不当心把电压调的太高了，自己还没意识到那个问题，幸亏没把芯片烧坏。
在接下来的几日中仿佛对电路入迷了，放学了也持续做，一个模块一个模块儿的实现，在电路组装过程中，看到碰到的最大问题是，芯片散布不敷合理，没法很好的布线。
于是在剖析了我的设计后计算了要用芯片的个数和个芯片之间的关系，依据各个控制电路的走向较合理的插好了芯片。
其次就是布线，因为要求禁止交错，且横平竖直，所以在担保连通的状况下，在布线上也下了好多时间，做到了我所见过的电路里最清楚和齐整的，关于检查和排错特别的方便。
独一缺少就是用线的颜色有点杂乱，因为前后发的线的颜色分歧，非我力所能及。
调试过程中，第一轮用万用表欧姆档测试，就遇了实验板上有插孔欠亨的状况，致使芯片不克不及正常工作。
有关于别的办法，我选择了导线显示连通，因为其更清楚，更易实现。
关于高阻导线则只好换掉。
第二轮接电后，用万用表的电压档测试单元电路的状态。
如：
时钟信号电路的信号能否正常发生，控制信号
电路中的计数器可否正常计数，D触发器可否每2拍翻转一次，最后在整体上测试一遍。
在整个调试达成后，却碰到的新问题：
彩灯演示时有时正常有时杂乱。
在清除其余可能的状况下，我认真检查各端子的连结状况，发现清“0”端在清“0”后悬空了。
将其插到电源正极后，发现问题解决了。
之所以我比别人先设计好，甚至我们班做同样设计的好多同
学都是我解说后设计的，我却比别人后达成，是因为我的面包板
不好，不仅一个芯片没法搁置好，找好多个地点都不可，最后不
克不及不等最初达成的同学拆了再从头连线和再次查验。
而发现
这些问题就有些晚。
所以只管最后一遍效率高，也是周五下午才
达成，第二周一造成才去检查。
9.元器件清单
74LS161（四位二进制同步计数器）----------------------
------2
个；
74LS194（移位存放器）-----------------------------
74LS151（八选一数据选择器）--------------------------
------1
74LS74（双D触发器）--------------------------------
-------1
74LS00（四二输入与非门）---------------------------
-------1
74LS04（六非门）-----------------------------------
-------1
发光二极管--------------------------------------------
------8
555
----------------------------------------------
电容：
4.7μf--------------------------------------
0．01μf--------------------------------------
---------1
电阻：
150kΩ--------------------------------------
----------------------
--------1
100Ω---------------------------------------
-------4
4.7kΩ----------------------------------------
实验板一块；
万用表一个；
钳子一个；
导线若干。
10.剖析与总结
从本次课程设计中我收获好多。
能够总结为以下的几点：
一．稳固数电知识
此次课程设计主假如运用数字电路逻辑设计的一些有关知
识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学
习。
我在最开始，就先将实惯用到的知识经过翻阅数电书回首了
一遍（这也是对这门课的复习，给予后的复习备考减少了好多负
担），这样的回首让我对知识的理解更为透辟，对此后的迅速设
计起了很好的铺垫作用。
并且还参照了数字电路实验指导书，
于芯片的管脚，里面有清楚的描绘。
二．学会用电路板、芯片、导线等组装各样功能的电路；
固然这不是第一次用电路板，因为以前的课内实验也用过，
但当时的运用也不过插些导线和电阻电容之类的，用了电路板的
很小部分。
此次的实习中应用了整块板子，实习后对电路板的组
成完好认识了，并能娴熟运用。
实习中经过对电路的连结也懂得
了如何经过设计的剖析对所连电路的整体规划，如何更好的搁置
芯片在最适合的地点。
在导线的连结上，如何选择导线走向是关
键，我们应当尽量担保所连电路的简捷，宁短勿长，合理布线。
一个完满的作品不仅需能很好的达成要务实现功能，还要在感官
上给人美的享受。
所以站在美的角度对自己的电路进行改进是很
需要的。
三．理论联系实质
据老师介绍，这是大学里独一一次比较大型的着手实践机
会。
我自然不会错过。
课程设计，经过选择的题目，依据要求，
运用所学知识将其付诸实践来达成。
这其实不是在讲堂上的纯真
听懂，或许课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联
系实践的能力。
理论知识常常都是在一些理想状态下的假定论，
而实质的着手操控则完好分歧，需要考虑实质中的好多问题。
有
些知识在理论上可能完好没错但到了实质中则不然。
比方在动
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