多路彩灯控制器的设计.docx

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多路彩灯控制器的设计

彩

灯

控

制

器

的

设

计

专业：

YYYYYYYYYYYYY

学号：

YYYYYYYYYYYYy

姓名：

ＹＹＹ

一、实验目的……………………………………………………………3

二、设计题目与思路……………………………………………………3

三、总体方案的设计与选择……………………………………………3

1、总体方案的设计…………………………………………………3

2、总体方案的选择…………………………………………………4

四、单元电路的设计……………………………………………………5

1、花型演示电路……………………………………………………5

2、花型控制信号电路………………………………………………5

3、交替节拍控制电路………………………………………………6

4、时钟信号电路……………………………………………………7

五、总体电路图（见附页）………………………………………………7

六、使用元件……………………………………………………………9

七、电路组装、调试过程中遇到的问题及解决办法………………………9

八、分析与心得………………………………………………………10

一、实验目的

1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。

2．了解数字电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。

3．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行电路设计。

4.培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。

二、设计题目与思路

本次数字电路课程设计我选择的题目是“多路彩灯控制器”。

这个系统的主要功能是：

1.自动控制多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.选择：

用可编辑逻辑器件实现。

三、总体方案的设计与选择

1．总体方案的设计

经过分析问题及初步的整体思考，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及节拍控制；第三块实现时钟信号的产生。

主体框图如下：

花型演示电路

花型控制

节拍控制电路

时钟信号电路

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。

花型演示电路

主体框图如下：

花型控制电路

节拍控制电路

时钟信号电路

2．总体方案的选择

方案一与方案二最大的不同就在，前者将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起，是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因，且原理相对简单。

如此设计，其优点在于：

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。

缺点则是：

中间单元电路连线过于繁多，容易出错。

且可能出现线与线关系。

要避免这些，则势必造成门电路使用过多。

导致电路不稳定，抗干扰能力下降。

而后者则将以上两种功能分开设计，各单元电路只实现一种功能。

其优点在于：

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带来方便。

缺点则是：

节拍控制电路采用可编辑逻辑电路，原理相对复杂，不易理解。

花型控制电路简单，花型也比较简单。

基于以上原因，加上为了成功的实现课程设计，我选择了连线少，易于组装和调试的方案二。

四、单元电路的设计

1．花型演示电路

由二片移位寄存器194级联实现。

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。

电路图如下：

2．花型控制信号电路

由二片161级联的模22（三种花型节拍总数）计数器加D触发器实现。

将其几个输出信号加上适当门电路产生三种花型所需的输入信号，并将计数器的重置（计数器用置数法设计）信号通过D触发器（确保每个状态保持22拍）反馈到节拍控制电路。

电路图如下：

3．交替节拍控制电路

由一片74139和一片74194级联实现。

将上一单元电路的反馈信号作为139的地址端，从而改变194的工作状态，整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。

电路图如下:

4．时钟信号电路

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

时钟信号频率为：

f=1/T=1/0.7（R1+R2）c=1hz

电路图如下：

五、总体电路图（见附页）

六、使用元件

1.设计所需的元件：

74LS161（四位二进制同步计数器）----------------------2个；

74LS194（移位寄存器）--------------------------------3个；

74LS139（双二线——四线译码器）-----------------------1个；

74LS74（双D触发器）---------------------------------1个；

74LS20（双四输入与非门）-------------------------------1个；

74LS04（六非门）-----------------------------------------1个；

发光二极管-------------------------------------------------------8个；

电容：

4.7μf-----------------------------------------------------1个；

0.01μf----------------------------------------------------1个；

电阻：

150kΩ---------------------------------------------------1个；

4.7kΩ--------------------------------------------------1个；

270Ω----------------------------------------------------1个；

实验板一个；

万用表一个；

导线若干；

七、电路组装、调试过程中遇到的问题及解决办法

在电路组装过程中，遇到的最大问题是，当时设计时考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多“特长线”。

不但影响布线速度，而且也会给后来的调试带来不必要的麻烦。

当时已经布线不少，不可能重新开始，再三权衡，最后只移动了一个芯片，问题就得到了很大改善。

其次就是布线，因为要求不准交叉，且横平竖直，所以在保证连通的情况下，在布线上也下了不少工夫。

调试过程中，第一轮用万用表欧姆档测试，就遇了实验板上有插孔不通的情况，导致芯片不能正常工作。

相对于别的办法，我选择了导线显式连通，因为其更明晰，更易实现。

对于高阻导线则只能换掉。

第二轮接电后，用万用表的电压档测试单元电路的状态。

如：

时钟信号电路的信号是否正常产生，控制信号电路中的计数器能否正常计数，D触发器能否每22拍翻转一次，最后在整体上测试一遍。

在整个调试完成后，却遇到的新问题：

彩灯演示时有时正常有时混乱。

在排除其它可能的情况下，我仔细检查各端子的连接情况，发现清“0”端在清“0”后悬空了。

将其插到电源正极后，发现问题解决了。

八、分析与心得

课程设计刚开始，拿着选定的题目不知如何入手。

毕竟课程设计不同于实验课，电路图都要自己设计。

静下心来，仔细分析题目，再加上指导老师的说明与提示，心中才有了谱。

将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合即可。

在设计过程中，既有用过的芯片，又有没用过的，只能自己查表，分析功能。

即学即用。

最后调试阶段，哪怕一个小小的错误也会使结果出不来。

只好一条线一条线地查，一个孔一个孔地测。

结果终于出来了，又发现有的地方还应改进。

如快慢节拍不是很明显，花型比较简单，且555产生的时钟信号频率太小等等。

通过这次课程设计，使我受益颇多。

既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。

在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。

同时，也培养了我认真严谨的工作作风。