彩灯控制器的设计数字电子课程设计报告.docx
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彩灯控制器的设计数字电子课程设计报告
数字电子技术课程设计报告
彩灯控制器的设计
专业：
电子信息科学与技术
班级：
2013级2班
姓名：
付开倩
学号：
1301051208
指导老师：
张瑞
电子通信与物理学院
日期：
2016年1月1日
指导教师评语
摘要
这次的课程设计主要是用选择器与触发器和计数器以双向移位寄存器来实现的，这个彩灯控制电路的实质就是要产生一系列有规律的数列，然后通过八只LED显示出来。
这里使用的主要就是计数器，计数器在时序电路中应用的很广泛，它不仅可以用于对脉冲进行计数，还可用于定时，产生节拍脉冲以及其他时序信号。
运用计数器的不同的功能和不同的接发就可以实现不同的序列输出了。
关键词:
彩灯控制器；555定时器；计数器；移位寄存器
一、设计任务................................5
1.1系统功能要求.................................5
1.2数字电路设计要求.............................5
二、方案选择................................7
2.1方案一.......................................7
2.2方案二.......................................7
3、系统组成及工作原理......................7
3.1系统框图.....................................7
3.2系统原理图...................................7
3.2.1脉冲发生电路原理图.......................7
3.2.233进制计数器原理图.....................9
3.2.3逻辑控制电路原理图.......................9
3.3总电路原理图.................................13
四、调试过程与调试结果..........................14
4.1调试过程.....................................14
4.1.1逻辑电路调试.............................14
4.2脉冲发生电路的调试...........................14
4.3二极管电路的调试.............................14
五、总结体会................................15
六、参考文献................................16
附录........................................17
一、设计任务
1、系统功能要求
（1）有八只LED，L0……L7。
（2）显示顺序如下表
（3）显示间隔为0.25S，0.5S，1S，2S可调。
序号L0L1L2L3L4L5L6L7
011111110
101111111
210111111
311011111
411101111
511110111
611111011
711111101
811111110
911111111
1001111111
1100111111
1200011111
1300001111
1400000111
1500000011
1600000001
1700000000
1810000000
1911000000
2011100000
2111110000
2211111000
2311111100
2411111110
2510000000
2601000000
2700100000
2800010000
2900001000
3000000100
3100000010
3200000001
2、数字电路设计要求
从课程设计的任务出发，应当通过设计工作的各个环节，达到以下要求：
（1）巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。
（2）培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。
通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。
（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件，电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
（4）掌握常用的仪器、设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标的测试方法，提高学生的动手能力和从事电子电路实验的基本技能。
（5）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。
（6）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。
通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点。
二方案选择
2.1方案一
用74LS161做23进制计数器进行分频，用数据选择器和十六进制加法计数器的分频功能做一个时间选择器，控制时间间隔分别0.25s,0.5s,1s,2s可调。
用两个74161做一个33进制计数器进行循环控制，彩灯的变化规律用移位寄存器实现。
2.2方案二
用555震荡器来产生不同频率的脉冲信号，控制时间间隔分别为0.25s，0.5s,1s,2s可调。
用两个74161做一个33进制计数器进行循环控制，由逻辑电路产生移位寄存器控制信号，彩灯的变化规律用移位寄存器实现。
555振荡器产生脉冲信号电路简单，因此选择方案二。
三、系统组成及工作原理
3.1系统框图
图3.1-1
3.2系统原理图
3.2.1脉冲发生电路
图3.2-1脉冲发生电路
555定时器构成的多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。
接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。
充电回路是VCC—R1—R2—C—地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。
是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得
输出高电平时间 T=（R1+R2）Cln2
输出低电平时间T=R2Cln2
振荡周期 T=（R1+2R2）Cln2
3.2.233进制计数器原理图
图3.2-2
由两片74LS161级联为33位的计数器，用来实现移位寄存器的控制。
3.2.3逻辑控制电路原理图
图3.2-3
该设计需要添加一些必要的门电路来控制2片74LS194的左右移位，以及控制SR和SL进而确定是移高还是移低电平。
该部分上是该设计的关键，也是本设计的难点。
Q4为第二片74LS161的Q0，具体设计如以下图示：
第一片74LS194
第二片74LS194
第二片74LS161
第一片74LS161
序号
S1
S0
SR/SL
A
B
C
D
S1
S0
SR/SL
A
B
C
D
Q3
Q2
Q1
Q0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
1
1
x
1
1
1
1
1
1
R0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
0
1
R0
0
1
1
1
0
1
R1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
3
0
1
R1
1
0
1
1
0
1
R1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
4
0
1
R1
1
1
0
1
0
1
R1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
5
0
1
R1
1
1
1
0
0
1
R1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
6
0
1
R1
1
1
1
1
0
1
R0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
7
0
1
R1
1
1
1
1
0
1
R1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
0
8
0
1
R1
1
1
1
1
0
1
R1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
9
0
1
R1
1
1
1
1
0
1
R1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
10
0
1
R1
1
1
1
1
0
1
R1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
11
0
1
R0
0
1
1
1
0
1
R1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
12
0
1
R0
0
0
1
1
0
1
R1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
13
0
1
R0
0
0
0
1
0
1
R1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
14
0
1
R0
0
0
0
0
0
1
R1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
15
0
1
R0
0
0
0
0
0
1
R0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
16
0
1
R0
0
0
0
0
0
1
R0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
17
0
1
R0
0
0
0
0
0
1
R0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
18
0
1
R0
0
0
0
0
0
1
R0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
19
0
1
R1
1
0
0
0
0
1
R0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
20
0
1
R1
1
1
0
0
0
1
R0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
21
0
1
R1
1
1
1
0
0
1
R0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
22
0
1
R1
1
1
1
1
0
1
R0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
23
0
1
R1
1
1
1
1
0
1
R1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
24
0
1
R1
1
1
1
1
0
1
R1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
25
0
1
R1
1
1
1
1
0
1
R1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
26
1
1
R1
1
0
0
0
1
1
R1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
27
0
1
R0
0
1
0
0
0
1
R0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
28
0
1
R0
0
0
1
0
0
1
R0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
1
29
0
1
R0
0
0
0
1
0
1
R0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
30
0
1
R0
0
0
0
0
0
1
R1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
31
0
1
R0
0
0
0
0
0
1
R0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
32
0
1
R0
0
0
0
0
0
1
R0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
33
0
1
R0
0
0
0
0
0
1
R0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
对于第一片74LS194：
SRQ2Q1
1
1
1
1
1
1
Q4Q3
得：
由表：
由观察可令
对于第二片74LS194：
SRQ2Q1Q2Q1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Q4Q3Q4Q3
Q0
由观察可令
3.3总电路原理图
将以上各单元连接好，移位寄存器接LED实现电路的完整连接。
图3.3-1
注意使用二极管一定要接限流电阻，避免烧坏二极管。
四、调试过程与调试结果
4.1调试过程
4.1.1逻辑电路调试
最初的逻辑电路如下
图4.1-1
由于电路复杂，错误不好调试，经过试验和观察，合理安排S0，S1，SR的值精简之后才得到一个简洁的电路图，最终得到正确的输出。
4.2脉冲发生电路的调试
要合理安排电容、电阻的值，尽量精简电路，计算出需要的值，最终得到需要的结果。
4.3二极管电路的调试
最初二极管没有串联电阻，导致仿真错误，后来加上保护电阻电路才可仿真。
图4.3-1
五、总结体会
在此次课程设计过程中，我学到了许多东西，我自身深有感触,以往我们总是以书本为中心，可以说是单纯的纸上谈兵,未曾将理论转化为真正模型，于是一切在理论上就显得简单了。
但真正要将自己的理论设计进行仿真实验时，一切就不那样简单了，于是问题就滋生了。
正是因为问题的出现迫使我们不得不加强对理论的理解，思维的转变.与此同时，我们自己也得到了锻炼，从而把书本的理论知识与实践相结合,发现枯燥的课本竟然可以延伸出那么多神奇而又合理的事物。
这使我们受益匪浅。
同时教育我们要注重细节勤于思考。
六、参考文献：
6.1《数字电路与逻辑设计》王毓银主编高等教育出版社
6.2《数字电子技术学习辅导及习题详解》高吉祥主编电子工业出版社.
6.3《数字逻辑电路设计与实验》绳广基编著。
上海交通大学出版社，1989．
6.4《中国集成电路大全TTL集成电路》《中国集成电路大全》编写委员会编。
北京：
国防工业出版社，1985．
6.5《电子技术基础课程设计》粱宗善华中理工大学出版社.1995.1
6.6《电子技术基础实验与课程设计》高吉祥主编电子工业出版社2002.2
附录
器件
备注
器件
备注
74LS161
2个
三输入与门
7个
555定时器
一个
电容
4个
74LS194
2个
二输入与门
1个
反相器
7个
二输入或门
1个
四输入与门
2个
四输入或门
1个
五输入与门
2个
六输入或门
1个
电阻470
8个
电阻10K
1个
电阻1K
1个
LED
8个
元器件清单
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