数电课程设计八路彩灯控制器.docx
《数电课程设计八路彩灯控制器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数电课程设计八路彩灯控制器.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
数电课程设计八路彩灯控制器
湖南工程学院
课程设计
课程名称电子技术课程设计
课题名称彩灯控制器
专业电气工程及其自动化
班级1102
学号201101010210
姓名郭昕
指导教师田莉
2013年12月27日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称：
电子技术课程设计
题目：
多功能数字钟电路
专业班级：
电气1102
学生姓名：
郭昕学号：
201101010210
指导老师：
田莉
审批：
田莉
任务书下达日期2013年12月16日
设计完成日期2013年12月27日
设计内容与设计要求
一、设计内容；
该控制器实现以下功能：
设计一个8路移存型彩灯控制器，彩灯用发光二极管LED模拟；基本要求如下：
1.8路彩灯能演示三种花型（花型自拟）；
2.实现快慢两种节拍的变换。
二、设计要求：
1．设计电路实现题目要求；
2．设计思路清晰，给出整体世界框图，提供总电路图及基本原理；
3.单元电路设计，给出具体设计思路和电路；
4.安装、测试电路；
5.故障分析与电路改进；
6.写出设计报告。
主要设计条件
1.在南院四楼“综合实验室”和“电子实验室”调试;
2.提供调试用试验箱和电路所需要的原件芯片；
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；
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：
课题内容介绍和查找资料；
星期二：
总体电路设计和分电路设计；
星期三：
电路仿真,修改方案
星期四：
确定设计方案，拟订调试方案,画出
调试电路图,安装电路；
星期五：
安装、调试电路；
第二周星期一~三：
安装、调试电路；
星期四~五：
验收电路,写设计报告，打印相关
图纸；
星期五下午：
带调试电路板及设计报告书进行答辩，整理实验室及其他事情
参考文献
1.《电子线路设计、实验、测试》（第二版）
华中理工大学出版社-----谢自美主编
2.《新型集成电路的应用》-----电子技术基础课程设计
华中理工大学出版社梁宗善主编
3.《电子技术基础实验》
高等教育出版社-----陈大钦主编
4.《电子技术课程设计指导》
高等教育出版社------鹏介华主编
一课程设计题目（与实习目的）
（一）、题目：
多路彩灯控制器
（二）、实习目的：
1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。
2．熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。
3．了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。
4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
5．数点课程实验是大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会，增强动手实践的能力。
二总体方案的选择
（1）总体方案的设计
针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：
方案一：
总体电路共分三大块。
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产生。
主体框图如下：
时钟信号CP产生电路
花型控制电路
花型演示电路
方案二：
在方案一的基础上将整体电路分为四块。
第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。
并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。
主体框图如下：
根据所提供的实验器材各模块总体思路如下：
时钟信号CP电路：
参见高等教育出版社王淑银主编的《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完成；
花型演示电路：
由195双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；
节拍控制电路：
节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。
（2）总体方案的选择
方案一与方案二最大的不同就在，方案一是基于基本要求而设计的，方案二加入了节拍的变化，花型控制电路和花型演示电路的CP都是节拍控制之后的CP。
两种方案的基本思路相同，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，且都较熟悉易于组装电路。
这么设计的出发点是：
电路设计模块化，易于检查电路，对后面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。
由于在设计的构想时期，已经确定将电路模块化，设计的过程中又已经将节拍控制电路设计出来，通过仿真软件也实现了设计要求——分频。
方案二同时完成了选做的要求，只要确保每一模块实现其功能方案二并不难也不复杂，为了确保短时间内完成课程设计和高效率，我选择了方案二。
三单元电路的设计
（1）花型演示电路
由二片移位寄存器194实现。
其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。
而花型之间的变化通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）。
三种花型变换样式
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。
循环两次；
花型3：
从左至右顺次渐亮。
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
1
00000000
00000000
00000000
2
10000000
00011000
10001000
3
11000000
00111100
11001100
4
11100000
01111110
11101110
5
11110000
11111111
11111111
6
11111000
11100111
01110111
7
11111100
11000011
00110011
8
11111110
10000001
00010001
9
11111111
10
01111111
11
00111111
12
00011111
13
00001111
14
00000111
15
00000011
16
00000001
我的设计是每种花型完整显示两遍，所以三种花型完全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必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。
现将两片194分为低位片1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如下：
（用^Li表示Li的取非）
花型
低位片
高位片
节拍控制信号
SL
SR
S1
S0
SL
SR
S1
S0
QAQB
1
X
^L8
0
1
X
L4
0
1
00
X
^L8
0
1
X
L4
0
1
10
2
^L8
X
1
0
X
^L8
0
1
01
3
X
^L8
0
1
X
^L8
0
1
11
列出卡诺图分析
194低位片
QA
QB
0
1
QA
QB
0
1
0
X
X
0
0
0
1
^L8
X
1
1
0
SL=^L8S1=QB.^QA
QA
QB
0
1
QA
QB
0
1
0
^L8
^L8
0
1
1
1
X
^L8
1
0
1
SR=^L8SL=^（QA.^QB）
194高位片
QA
QB
0
1
QA
QB
0
1
0
X
X
0
^L8
^L8
1
X
X
1
L4
XL4
SL=XSR=^QB.L4+QB.^L8
QA
QB
0
1
QA
QB
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
S1=0S0=1
由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端S1、S0以及串行输入端的由161的输出端QA、QB和本身输出端L4和^L8控制。
用去QA—QD表示161从低位到高位的个输出端。
控制结果表达式如下：
194低位片
194高位片
S1=QF.^QE
S1=0
S0=^S1
S0=1
SL=^L8
SL=X
SR=^L8
SR=QB.^L8+^QB.L4
电路图如下：
（2）花型控制信号电路
由二片161级联的模128（三种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。
当三种花型全新显示一遍后（总共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来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。
161的CP脉冲来自节拍控制电路中74LS151的输出端Y。
电路图如下：
（3）节拍控制电路
由一片151和一片74级联实现。
整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。
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,D2~D7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触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。
也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。
所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。
A端接的是161的高位片的QC即当到达第64拍时QC为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。
电路图如下:
（4）时钟信号电路原理图
由一片555加上适当电容及电阻实现。
电容取：
4.7μf0.01μf
电阻取：
150kΩ4.7kΩ
电路图如下：
四总体电路图（见附页）
注:
由于仿真画图时芯片复杂，CP产生电路产生用电源代替（已试验，可以等效）。
五电路组装后，实际测量的各个单元电路的输入、输出信号波形
1．基本CP脉冲产生电路波形图与分频电路波形图
2.测试波形:
（列依次为CP脉冲,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D即QA---Q
升级会员 