多路彩灯.docx
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多路彩灯
数字逻辑课程设计报告
——多路彩灯控制器
学院名称
：
学生姓名
：
专业名称
：
班级
：
实习时间
：
多路彩灯控制器的设计
一、课程设计题目与实习目的
1．题目：
多路彩灯控制器
2、课程背景以及目的
多路彩灯控制电路在实际生活中应用十分广泛。
这种多路彩灯控制电路的原理与电子技术课程所学知识联系紧密。
它的电路原理能通过一些基本的典型电子器件进行组合来实现。
有利于加深和巩固电子技术所学内容，启发学习兴趣，锻炼分析问题解决问题的能力。
1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。
2．综合应用数字电路知识设计一彩灯控制器，了解各种元器件的原理及其应用。
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．锻炼自身动手实践能力。
二、任务和要求
彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按不同的节拍循环显示各种灯光变换花型。
彩灯控制器是以高低电平来控制彩灯的亮灭。
实现彩灯控制可以采用EPROM编程、RAM编程、可编程逻辑器件、单片机等实现。
在彩灯路数较少，花型变换比较简单时，也可以移位寄存器实现。
在实际应用场合彩灯可能是功率较大的发光器件，需要加以一定的驱动电路。
本课题用发光二极管LED模拟彩灯，可以不用驱动。
本次实习采用移位寄存器型彩灯控制电路。
（1）彩灯控制器设计要求
设计一个8路移存型彩灯控制器，基本要求：
1.8路彩灯能演示至少三种花型；
2.彩灯用发光二极管LED模拟。
选做：
实现快慢两种节拍的变换。
（2）课程设计的总体要求
1．设计电路实现题目要求；
2．电路在功能相当的情况下设计越简单越好；
3.注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉；
4.注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。
三、设计所提供的元器件及工具清单如下：
器件
个数
器件
个数
555定时器
1
电容4.7微法
1
74LS194
2
电容0.01微法
1
74LS161
2
74LS04
1
电阻
6
发光二极管
8
其中电阻：
150kΩ---1个；100Ω--4个；4.7kΩ--1个；
实验板一块；万用表一个；钳子一个；导线若干。
芯片功能简述：
①74LS161
CLK
RD'
LD'
EP
ET
工作状态
×
1
×
×
×
置零
↑
1
0
×
×
预置数
×
1
1
0
1
保持
×
1
1
×
0
保持（C=0）
↑
1
1
1
1
计数
②74LS151
C
B
A
G'
Y
W
×
×
×
1
0
1
0
0
0
0
D0
D0'
0
0
1
0
D1
D1'
0
1
0
0
D2
D2'
0
1
1
0
D3
D3'
1
0
0
0
D4
D4'
1
0
1
0
D5
D5'
1
1
0
0
D6
D6'
1
1
1
0
D7
D7'
③74LS194
移位寄存器是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。
74LS194是一个4位双向移位寄存器，最高时钟脉冲为36MHZ，其逻辑符号及引脚排列如图所示：
其中：
D0～D1为并行输入端；Q0～Q3为并行输出端；SR--右移串引输入端；SL--左移串引输入端；S1、S0-操作模式控制端；CLEAR-为直接无条件清零端；CP-为时钟脉冲输入端。
真值表则如下所示：
RD'
S1
S0
工作状态
0
×
×
置零
1
0
0
保持
1
0
1
右移
1
1
0
左移
1
1
1
并行输入
④555简介
555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。
外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。
定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。
分压电路由三个5K的电阻构成，分别给A1和A2提供参考电平2/3VCC和1/3VCC。
A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号自6脚输入大于2/3VCC时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器置位，3脚输出高电平，放电管截止。
4脚是复位端，当4脚接入低电平时，则V0=0；正常工作时4接为高电平。
5脚为控制端，平时输入2/3Vcc作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。
如果不在5脚外加电压通常接0.01μF电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。
555定时器内部框图如下：
555定时器内部框图
555的功能表如下：
构成多谐振荡器电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可产生振荡，接通电源后，电容C1被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电BJT导通，此时V0为低电平，电容C通过R2和T放电，使VC下降。
当VC下降到1/3VCC时，触发器又被置位，V0翻转为高电平。
电容器C放电所需的时间为tPL=R2CLn2
当C放电结束时，T截止，VCC将通过R1，R2向电容器C充电，VC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的时间为tPH=（R1+R2）CLn2
当VC上升到2/3VCC时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为f=1/（tPL+tPH）大约等于1.43/（R1+2R2）
四、总体方案的思路及概况
（1）在实现实习的基本要求的同时，完成花型的节拍快慢两种控制。
其中CP信号的控制是完成多路彩灯控制器快慢节奏变换的关键。
快的节拍（正常CP）由555震荡电路模块提供，慢的节拍（正常CP周期的2倍）由151和74芯片实现。
八路彩灯的花型演示由2片194实现。
三种花型的变换控制由2片联级的161实现。
（2）搭建电路时，采用模块化搭建和检测。
五、具体模块电路的设计
（1）正常CP信号的555震荡电路
（2）花型演示电路。
三种花型变换样式
花型1：
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
花型1
花型2
花型3
1
00000000
00000000
00000000
2
10001000
00011000
10000000
3
11001100
00111100
11000000
4
11101110
01111110
11100000
5
11111111
11111111
11110000
6
01110111
11100111
11111000
7
00110011
11000011
11111100
8
00010001
10000001
11111110
9
11111111
10
01111111
11
00111111
12
00011111
13
00001111
14
00000111
15
00000011
16
00000001
设计的花型每种完整显示两遍，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功能端进行控制。
用卡诺图分析：
194低位片
QE
QF
0
1
QE
QF
0
1
0
X
！
L8
0
0
1
1
X
X
1
0
0
SL=^L8S1=QE.！
QF
QE
QF
0
1
QE
QF
0
1
0
！
L8
X
0
1
0
1
！
L8
！
L8
1
1
1
SR=！
L8SL=！
（QE.！
QF）
194高位片
QE
QF
0
1
QE
QF
0
1
0
X
X
0
！
L8
！
L8
1
X
X
1
L4
L4
SL=XSR=^QF.！
L8+QF.L4
QE
QF
0
1
QE
QF
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
S1=0S0=1
将推出的功能端参数列表如下：
194低位片
194高位片
S1=QE.！
QF
S1=0
S0=！
S1
S0=1
SL=！
L8
SL=X
SR=！
L8
SR=QF.L4+！
QF.！
L8
电路图如下：
（3）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高位片的Q2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74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。
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。
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
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QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。
电路图如下:
六、电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法
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，以节省时间和元器件为原则，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，芯片的摆放成为了一个重点。
因为芯片摆放不好，连线会出现交叉现象，既影响美观，又容易对实际电路产生影响，可以按照事先做好的各个模块逐个连接、排错，通过这种方式获得较好的电路布局，也利于检查，大大减少了不必要的麻烦，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效率。
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。
经过我多次参考、查阅有关书籍和资料，通过自己的思考、成功的设计好了原理图。
然后在计算机上仿真成功了。
但仿真成功，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，一个线头都不能马虎，因为错误很可能发生在各个地方。
布线完成后，错误可能还会很多，比如芯片导线等接触不良，导线损坏等等。
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们以后走上社会工作岗位很重要。
这次课程设计，使我培养了全局观点和勤俭节约的好习惯。
给我今后的学习以很大的帮助，使我的实践能力进一步加强。
七、分析和总结。
经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。
在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。
从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义。
我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。
我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？
我们不断的反问自己。
也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。
社会需要我们，我们也可以为社会而工作。
既然如此，那还有什么必要失落呢？
于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
八、参考文献
1．《数字电路逻辑设计》高等教育出版社王毓银
2．《数字系统设计—数字电路课程设计指南》北京邮电学院出版社高书莉
3．《电子技术实验与课程设计》机械工业出版社毕满清
九、过程考核表和成绩鉴定表
西安邮电大学数字逻辑课程设计过程考核及成绩鉴定表
学生姓名
周迪
班级/学号
通工1008班/03102102
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
2012年6月18日—2012年6月29日
课程设计过程
要求
优
良
中
及格
不及格
电路功能
花型种类
移动方向
移动速度
其它
电路质量
电路运行稳定
元件布局合理
连线简洁
回答问题
分析问题、解决问题能力
电路原理清楚，能抓住重点
设计报告
设计思路清晰、图表齐全、各部分电路说明正确。
学习态度
□认真□一般□差
学习纪律
□好□一般□差
实习综合成绩
□优秀□良好□中等□及格□不及格
指导教师签名
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