西邮彩灯数电课程设计.docx
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西邮彩灯数电课程设计
西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
——多路彩灯控制器
学院名称
:
电子工程学院
学生姓名
:
专业名称
:
电子科学与技术
班级
:
0904
实习时间
:
2011年12月5日——2011年12月16日
题目:
多路彩灯控制器
一、实验目的:
1.3.了解数字系统设计的基本思想和方法,学会科良好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,并掌握其工作原理,进一步学会使用其进电路设计。
学分析和解决问题。
4.培养认真严谨的学习态度和工作作风.
2、实验要求:
1、控制8路彩灯按预设的花型进行变换。
2、花型种类不少于三种,花型自拟。
3、分别用快慢两种节拍实现花型变换。
4、会合理布线和调配,布线完成后会用万用表等工具来查找错误。
三、使用元件:
1、元件:
器件
个数
器件
个数
555定时器
1
电阻100欧
1
74LS194
2
74LS00
2
74LS161
2
74LS04
1
电阻150k
1
电阻5.1k
1
电容4.7微法
1
电容0.01微法
1
74LS74
1
74LS151
1
2、工具:
面包板-------------------------------------------------------一个;
万用表--------------------------------------------------------一个;
导线---------------------------------------------------------若干;
钳子--------------------------------------------------------一个。
4、总体方案的设计:
用两种不同节拍显示彩灯的花型。
首先,确定电路主要由基本CP脉冲发生电路、分频电路、状态控制电路、花型控制电路四个模块构成。
其中基本CP脉冲采用简单易行的555振荡器来实现,555振荡器所产生的信号经过一个D触发器分频,再用一个74151进行快慢节拍的选择。
状态控制电路由两片74161构成,因为快慢变化循环一次需要48个节拍。
该控制器共控制8路彩灯,由于只要求三种花型变化,故采用移位寄存器来组成彩灯控制电路。
基于以上设计思路,我想了一套设计方案:
三种花型先以慢节拍循环一次,再以快节拍循环一次,然后根据161和194的状态表来确定各个控制端的接法。
其主体框图为:
图1
五.单元电路设计方案。
1.基本CP脉冲发生电路
用555定时器构成多谐振荡器,产生CP脉冲。
具体电路如下图所示:
图2
2.分频电路
用D触发器实现CP脉冲的二分频,从而产生慢节拍。
再分别将快慢节拍接入74151数据选择器的数据输入端,而地址端通过两个74161来控制,从而实现快慢节拍的变换。
具体电路如下图所示:
cp
图3
设计思路:
U3为数据选择器,将二分频后的始终信号输入它的D1端,555产生的原始CP信号输入它的D0端。
而它的地址输入端B,C都接0,根据模24计数器的真值表得出,将低位片的QD高位片的QA相与,接到一个D触发器的CP端,触发器的~Q接到D端,Q端接到数据选择器的A端,这样A就是24计数周期1,0交替变化,从而实现快慢时钟信号的选择,即灯的快慢选择。
电路图4如下:
图4
2个161芯片构成的模24同步计数器真值表:
低位161高位161
序号
QD
QC
QB
QA
QD
QC
QB
QA
1
0
0
0
0
0
0
0
0
2
0
0
0
1
0
0
0
0
3
0
0
1
0
0
0
0
0
4
0
0
1
1
0
0
0
0
5
0
1
0
0
0
0
0
0
6
0
1
0
1
0
0
0
0
7
0
1
1
0
0
0
0
0
8
0
1
1
1
0
0
0
0
9
1
0
0
0
0
0
0
0
10
1
0
0
1
0
0
0
0
11
1
0
1
0
0
0
0
0
12
1
0
1
1
0
0
0
0
13
1
1
0
0
0
0
0
0
14
1
1
0
1
0
0
0
0
15
1
1
1
0
0
0
0
0
16
1
1
1
1
0
0
0
0
17
0
0
0
0
0
0
0
1
18
0
0
0
1
0
0
0
1
19
0
0
1
0
0
0
0
1
20
0
0
1
1
0
0
0
1
21
0
1
0
0
0
0
0
1
22
0
1
0
1
0
0
0
1
23
0
1
1
0
0
0
0
1
24
0
1
1
1
0
0
0
1
25
1
0
0
0
0
0
0
1
图5
注:
因为为同步计数器,所以会有第25个状态,但作用时间极短,可以当做不存在,它的作用仅仅是判断计数器记满,通过与非门清0的作用。
3.状态控制电路
用两片74161实现模24计数,从而产生从00000000——11101000的24个状态。
具体电路如下图所示:
图6
设计思路:
由图5,只有在计数器记满时,低位161的QD和高位161的QA才满足经过与非门后为0,达到计数24自动清0的功能,完成模24计数器。
4.花型控制电路
用161的输出端和简单门电路控制194的S1,S2则直接接S1的非。
SR和SL用194自身的输出端进行控制。
设计思路:
三种花型为:
1.从左向右亮,从左向右灭。
2.从中间向两边亮,从中间向两边灭
3.从右向左亮,从右向左灭。
两个194的真值表为:
低位194高位194
花型
QA
QB
QC
QD
QA
QB
QC
QD
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
图7
根据图7,得出两片194的S1,S0,SL,SR的真值表:
低位194
高位194
花型
S1
S0
SR
SL
S1
S0
SR
SL
1
0
1
1
X
0
1
1
X
0
X
0
X
2
1
0
X
1
0
1
1
X
X
0
0
X
3
1
0
X
1
1
0
X
1
X
0
X
0
图8
由图5,图7,图8.可以得出要实现以上三种花型的变化,则,
低位194:
S1=(低位161)QD+(高位161)QA
S0=~S1;
SR=(低位194)~QD
SL=(低位184)~QA
高位194:
S1=(低位161)QD
S0=~S1;
SR=(高位194)~QD
SL=(低位194)SL
示意电路图为:
5、关键电路波形图
(1).基本CP脉冲产生电路波形图
(2).分频电路波形图
6.总系统电路图(下页)
六.心得体会及分析:
1、体会
在两周的课程设计过程中,最重要的是要设计出一个好的原理图,以节省为原则,用尽量少的器件实现所要求的功能。
一个好的设计必须进行模块化设计,这样的设计思路对以后错误的排查,系统整体的维护都有至关重要的作用。
问题最多的是电路板的连接。
在连接电路板的过程中,芯片的布局成为了另一个重点。
因为布局不好,连线会出现交叉现象,影响美观,对实际电路也有影响,可以按照事先做好的各个模块逐个连接、排错,通过这种方式能获得较好的电路布局,也利于检查,大大减少了不必要的工作,从而提高了工作效率。
在错误检查中,灵活的使用电表可以极大的提高排错的效率。
此次实习有一个小插曲,在实际连线中,我发现我的电路可以再简化少用一个非门,对我的电路来说就少用一个74LS04(因为我用了七个非门,最后的一个非门用了一个片子),我修改了电路连线,并且通过了老师检验,可回来之后,经过再三思量,又觉的最后那个非门没办法少,现在怎么也做不到,所以我的实验报告比实际领的要多用一个片子,很是郁闷,有种骗过老师的感觉,此问题我会再思考。
2、分析:
此次两周的课程设计实习,使我认识到具备扎实的理论知识是非常重要的,这一点在设计电路图时得到了充分的证明。
如果没有扎实的理论基础,就不能设计出好的电路,就会给以后的连线造成极大的不便,当然,动手能力也是非常重要的,只有两者相结合,这样在未来激烈的竞争中,才能有一番作为。
在实习期间,也发现知识掌握中的不足,使我在以后的学习中得以改正。
经过我多次参考、查阅有关书籍和资料,再通过自己的思考、成功的设计好了原理图。
然后在计算机上模拟成功了。
但模拟成功,只能说明理论成功,实践就不一定会成功。
在连接电路板时,要非常的认真仔细,一个插孔,一个线头也不能马虎,因为错误很可能发生在这些地方。
布完线后,错误可能还会很多,比如芯片没插好,线没接好,或由于疏忽导致线接错,忘了接线等等。
还有很重要的是,布线一定要整齐,不能有丝毫的马虎,线条最好不要重叠,交叉,更不能叠在芯片上,否则会产生电磁感应;如果电路有问题,检查时一定先要断电,以免烧毁器件。
,特别是像发光二极管这样的器件。
接二极管时一定要用限流电阻,否则很容易烧坏。
此外,在检查错误时,一定要养成先局部,后整体,分模块逐步排查的方法。
这种消除错误的方法对我以后走上社会工作很重要。
附录(参考文献):
《数字电路逻辑设计》(第三版)王毓银主编
高等教育出版社
《数字电路与EDA实验教程》唐小华杨怿菲等主编
科学出版社
西安邮电学院课程设计过程考核表
学生姓名
班级/学号
承担任务实验室(单位)
电路与电子技术基础教学部
所在部门
电子工程学院
实施时间
2011年12月5日—2011年12月16日
具体内容
第一周
周一:
听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题;
周二:
选定题目,并设计电路,完成电路设计;
周三:
电路仿真;
周四:
领取元器件,开始组装电路;
周五:
组装电路;
第二周
周一:
组装电路;
周二:
老师验收电路;
周三:
写实验报告;
周四:
写实验报告;
周五:
实验总结;
……
指导教师(师傅)姓名
朱旭花
职务或职称
讲师
指导教师(师傅)
对学生的评价
学习态度
□认真□一般□不认真
学习纪律
□全勤□偶尔缺勤□经常缺勤
实践能力
□很强□一般□较差
指导教师(师傅)对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见
指导教师(师傅)签字
年月日
西安邮电学院课程设计成绩鉴定表
学生姓名
班级/学号
/
进行时间
2010年12月5日—2010年12月16日
成绩鉴定
学习内容(20分)
与教学任务计划结合程度(10分)
与专业培养结合程度(6分)
其它(4分)
接受单位评价
(20分)
实践能力(10分)
学习态度(6分)
学习纪律(4分)
报告鉴定
(60分)
报告内容与实践过程紧密结合(15分)
报告内容与教学计划内容紧密结合(15分)
报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数30分)
评阅教师姓名
朱旭花
职称
讲师
成绩
评语
评阅教师签字
年月日