四路彩灯显示系统.docx
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四路彩灯显示系统
课程设计
课程名称:
数字电子技术课程设计
课题名称:
四路彩灯显示系统
专业:
自动化
课程设计任务书
课程名称：
数字电子技术
题目：
四路彩灯显示系统设计
设计内容与设计要求
一、任务与要求：
用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，要求如下：
1、开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。
2、程序由3个节拍的循环演示组成：
第一节拍，四路彩灯从左向右逐次渐凉，使第一路彩灯先点亮，接着第二，第三，第四路彩灯点亮。
第二节拍时，Q4～Q1依次为0，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。
第三节拍时，Q1～Q4输出同时为1态0.5秒，然后同时为0态0.5秒，使四路彩灯同时点亮0.5秒然后同时灭0.5秒，共进行4次。
每个节拍费时都为4秒，执行一次程序共需12秒
3、用发光二极管显示彩灯系统的各节拍；
4、功能扩展（自选）
二、设计要求：
1、设计思路清晰，给出整体设计框图；
2、设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；
3、总电路设计；
4、计算机仿真
5、安装调试电路；
6、写出设计报告；
主要设计条件
1.提供直流稳压电源、示波器；
2.提供TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。
说明书格式
1、课程设计封面；
2、课程设计任务书；
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
第一周星期一上午安排任务、讲课。
星期一～星期五上午查资料、设计
第二周
1、计算机仿真
2、测试元器件
3、调试单元电路
4、调试总电路
5、调试验收
6、写课程设计报告书
星期五下午答辩
地点：
实验楼四楼电子综合实验室
第一章 系统组成及工作原理
1.1设计总体思路
根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。
时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环控制电路由74LS161和7420实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。
1.2基本原理
由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。
第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。
由于程序循环一次要12秒，故需要一个12进制的计数器控制循环。
第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频率控制CLR’。
可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。
1.3框图
第二章 单元电路设计
2.1时钟脉冲产生电路
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:
T=0.7（R1+2R2）C………………………（1-1）
控制74LS161模十六计数器电阻值和电容值可设为：
R1=1KΩ，R2=20KΩ，C=0.01μF
由公式（1-1）计算得：
T=0.287S
图２.１时钟电路
2.1.1具体实现
74LS161
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,控制74LS161模十六计数器，74LS161A输出2倍T的脉冲信号；B输出4倍T的脉冲信号，大约为1S。
2.2循环控制电路
12进制循环控制电路示意图（74LS161由74163代替）
2.2.1具体实现：
如果模N计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，那么N是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CR’，将计数器清零。
此处工作状态从0000~1011，检测1100（异步清零）。
2.3彩灯花样输出电路
2.3.1运用到74LS194功能表
输入
输出
功能
/CR
S1
S0
CP
SL
SR
D0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3
0
×
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
清零
1
1
1
↑
×
×
d0
d1
d2
d3
d0
d1
d2
d3
送数
1
0
1
↑
×
1
×
×
×
×
1
Q0n
Q1n
Q2n
右移
1
1
0
↑
0
×
×
×
×
×
Q1n
Q2n
Q3n
0
左移
2.3.2通过12进制计数器的输出端的C、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表
CLK
时间
／Ｓ
节拍
QD
QC
S0
S1
SR
SL
74LS194
动作
0
１
Ｈｚ脉冲
B
1
第一节拍
0
0
1
0
1
*
右移1
1
2
0
0
1
0
2
3
0
0
1
0
3
4
0
0
1
0
4
5
第二节拍
0
1
0
1
*
0
左移0
5
6
0
1
0
1
6
7
0
1
0
1
7
8
0
1
0
1
8
２
Ｈｚ 脉冲
A
9
第三节拍
1
0
1
1
*
*
送１
清零
9
1
0
1
1
10
10
1
0
1
1
11
1
0
1
1
12
11
１
０
１
１
13
１
０
１
１
14
12
１
０
１
１
15
１
０
１
１
由上表由：
Ｓ０＝ＱＣ＇
Ｓ１＝ＱＤ＋ＱＣ
CLR＇＝（ＱＤ*A+QD＇）
进一步分析可知７４ＬＳ１９４脉冲控制：
ＣＬＫ＝（ＱＤ*A+QD＇）*ＱＤ+B
2.3.3彩灯花样输出电路接线图
第三章 总电路设计
第四章 实验、调试及测试结果分析
4.1结果的调试及分析
4.1.1调试使用的主要仪器:
数字万用表直流稳压电源示波器函数信号发生器
4.1.2测试电路的方法和技巧:
先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。
4.2调试中出现的故障、原因及排除方法：
4.2.1彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：
可能是移位计数器的S0，S1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。
还可能是12进制循环控制计数器没正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。
特别注意不能把非门的输入与输出接反了。
4.2.2彩灯无规律变化：
原因可能是12进制循环控制电路不能产生符合要求的控制码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与非门74LS２０和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。
4.2.3彩灯的四种花样都有，但一次循环结束到另一次循环开始中间有段时间彩灯不亮：
原因可能是控制循环的１２进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于１２进制，导致有放空时间。
应该检查７４ＬＳ２０是否正常工作，确保能实现１２进制计数。
第五章 总结与设计调试体会
当完成这次课程设计后，感觉很有成就感，因为从电路设计到电路仿真，接线，测试都是自己独立完成。
第一次真正体会到将所学知识运用到实践中的快乐，最终得到了完美的结果，但是最重要的是经历一次如此难忘的过程。
设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。
在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。
学习吸收别人的长处是应该的，但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观点，并且努力去实现。
这就是快乐的最大源泉。
在完成设计的过程中自己不断解决了一个个的难题，要通向最后的成功，绝不会一蹴而就，饭要一口一口地吃，路要一步一步地走，做事要踏实，实事求是，不能好高骛远。
在电路接线过程中，也出现了很多问题，问题多并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。
通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。
这是一次获益匪浅的实习。
第六章 附录
6.1元器件清单：
555定时器，模十六计数器74LS161，与门74LS09，与非门74LS20，非门74LS04，或门74LS32。
74LS194双向移位寄存器，发光二极管等。
6.2参考文献
《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编
《电子技术课程设计指导》彭介华、主编
高等教育出版社
《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编 华中理工出版社。
电气与信息工程系课程设计评分表
项目
评价
设计方案的合理性与创造性
硬件制作或软件编程完成情况*
硬件制作测试或软件调试结果*
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独特见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务情况
独立工作能力
组织纪律性（出勤率）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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