彩灯循环显示控制器课程设计报告.docx
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彩灯循环显示控制器课程设计报告
课程设计
课程名称电子技术综合设计与实践
题目名称彩灯循环控制器
学生学院
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
2011年11月17日
大学课程设计任务书
题目名称
彩灯循环控制器
学生学院
专业班级
姓名
学号
一、课程设计的内容
完成彩灯循环显示器的设计任务。
二、课程设计的要求与数据
设计要求包括：
1.10路彩灯分别用DE2上的10个LED灯L0、L1…..L9模拟，设置1个数码管用来进行10路彩灯的编号显示。
2.要求显示四种不同的花型：
1）10路彩灯按照L0、L1…..L9的顺序轮流点亮，相对应
的数码管依次显示数字0、1、2….9。
2）10路彩灯按照先奇数次灯、后偶数次灯的顺序轮流点亮，相对应的数码管依次显示1、3、5、7、9、0、2、4、6、8。
3）10路彩灯按照L0L1亮、L1L2亮、L2L3亮、…L8L9的、L9L0顺序轮流点亮。
4）10路彩灯按照L0L9、L1L8、L2L7、L3L6、L4L5的顺序依次点亮，然后按相反的顺序依次灭掉。
以上四种花型一直反复循环显示，每种花型中的灯点亮时间间隔为1s。
3.控制电路应有启动和复位按钮。
按下复位按钮，数码管自动清零不作显示；按下启动按钮，彩灯按上述规律变化。
三、课程设计应完成的工作
1.利用各种电子器件设计彩灯循环控制器；
2.利用DE2板对所设计的电路进行验证；
3.总结电路设计结果，撰写课程设计报告。
四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
选择课程设计题目，分析题目要求及熟悉实验软件。
实验2号楼214
星期一
2
查阅资料，提出设计方案并讨论，设计电路。
实验2号楼214
星期二
3
进行原理图输入并调试电路
实验2号楼214
星期三
4
调试电路、改进
实验2号楼214
星期四
5
下载并检查
实验2号楼214
星期五
6
五、应收集的资料及主要参考文献
参考文献必须是学生在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列。
各类文献的书写格式如下：
a．连续出版物
[序号]作者名．文献题名[J]．期刊名，出版年份，卷号（期号）：
引用部分起止页码。
b．专著
[序号]作者名．文献题名[M]．出版地：
出版者，出版年：
引用部分起止页码。
c．会议论文集
[序号]作者名．文献题名[A]．主编．论文集名[C]．出版地：
出版者，出版年：
引用部分起止页码。
发出任务书日期：
2011年月日指导教师签名：
计划完成日期：
2011年月日基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
摘要
这次的课程设计用74192计数器，7442译码器，74153多路选择器和7447译码器来实现彩灯循环的控制。
彩灯循环电路的实质是由计数器产生一系列计数，经过译码器，多路选择器后变成一系列有规律的序列，最后由指示灯和数码管分别显示出来。
其中有规律的序列包括自然序列，奇数序列，偶数序列还有另外两个移动循环序列。
关键词：
计数器，译码器，多路选择器，数码管
1.设计内容和要求：
⑴10路彩灯分别用10个发光二极管L0、L1…..L9模拟。
⑵按要求显示四种不同的花型：
110路彩灯按照L0、L1…..L9的顺序轮流点亮，相对应的10个数码管依次显示数字0、1、2…、9。
210路彩灯按照的顺序轮流点亮，相对应的数码管依次显示1、3、5、7、9、0、2、4、6、8。
310路彩灯按照L0L1亮、L1L2亮、L2L3亮、…L8L9、L9L0的顺序轮流点亮。
410路彩灯按照L0L9、L1L8、L2L7、L3L6、L4L5的顺序依次点亮，然后按相反的顺序依次灭掉。
以上四种花型一直反复循环显示。
即：
①->②->③->④->①…
⑶该控制电路应有启动和复位按钮：
按下复位按钮，全部数码管自动清零显示数字“0”；按下启动按钮，彩灯按上述规律变化。
2.总体设计思路及设计方案
本次设计总电路由计数电路，编码单元电路，指示灯电路和数码管显示电路组成，其总电路结构框图如图1所示：
图1
首先输入脉冲信号和开始信号，计数电路产生0—9的四位二进制计数，这四位二进制计数分别送到编码单元的各个电路，从而产生四个不同的花形，再由计数电路控制四个花形按顺序输出。
其总电路图如图2所示：
图2
3.各模块电路设计与实现
3.1计数电路单元
该电路单元用74192计数器来实现。
74192是双时钟十进制计数器。
本电路用74192来实现0000—1001的十进制计数，同时用另外一个74192的低两位来实现四个花形的顺序输出。
其电路图如图3所示：
图3
3.2编码单元电路
3.2.1自然序列显示电路
由于该设计的计数单元本身就是十进制计数器，可以直接输出自然序列。
这个序列的状态如表1：
DCBA
L9.L8.L7.L6.L5.L4.L3.L2.L1.L0
0000
0000000001
0001
0000000010
0010
0000000100
0011
0000001000
0100
0000010000
0101
0000100000
0110
0001000000
0111
0010000000
1000
0100000000
1001
1000000000
表1
但为了实现四个花形的顺序输出，该自然序列显示电路还是要经过7442译码器和74153多路选择器。
7442译码器的作用在于将4位BCD码的10组代码翻译成10个与十进制数字符号对应的输出信号，图中输入端ABCD为8421码，输出端O0N—O9N分别代表十进制数字0—9。
74153是个双4路选择器，其功能是选择输出四个编码单元电路的值。
本电路中用了5个74153来选择输出四个花形。
74153的器件上用1C0和2C0来连接对应的输出端O0N—O9N。
当74153器件的A和B为00时，顺序输出自然序列的值。
最后经过指示灯和数码管显示出来。
如图4所示：
图4
3.2.2奇数序列和偶数序列
本次设计所使用的计数单元本身就是一个十进制计数器，因此可以用错位的方法来实现奇数序列和偶数序列的输出，所使用的元件仍然是7442译码器和74153多路选择器。
7442译码器的使用方法跟自然序列所使用的方法一样，只是74153选择器的接法不同。
这个序列的状态如表2：
DCBA
L9.L8.L7.L6.L5.L4.L3.L2.L1.L0
0000
0000000010
0001
0000001000
0010
0000100000
0011
0010000000
0100
1000000000
0101
0000000001
0110
0000000100
0111
0000010000
1000
0001000000
1001
0100000000
表2
本次设计中用了五个74153选择器来实现10个状态的输出。
其中从上到下分别代表10个状态输出组。
如图5所示。
为了实现奇数序列和偶数序列的输出，就让7442的第一个输出量O0N连接到第一个74153的2C1，7442的第二个输出O1N连接到第二个74153的2C1，7442的第三个输出O2N连接到第三个74153的2C1，7442的第四个输出O3N连接到第四个74153的2C1，7442的第五个输出O4N连接到第五个74153的2C1，7442的第六个输出O5N连接到第一个74153的1C1，7442的第七个输出O6N连接到第二个74153的1C1，7442的第八个输出O7N连接到第三个74153的1C1，7442的第九个输出O8N连接到第四个74153的1C1，7442的第十个输出O9N连接到第五个74153的1C1，这样经过74153后输出的序列为1，3，5，7，9，0，2，4，6，8。
图5
3.2.3花形3单元电路
本次设计所使用的计数器是十进制计数器，为了按照顺序01，12，23，34，45，56，67，78，89，90的输出，可以使用相关联的方法，使某一个变量关联下一个变量，从而达到两个变量同时输出。
这里使用了10个与门。
这个序列的状态如表3：
DCBA
L9.L8.L7.L6.L5.L4.L3.L2.L1.L0
0000
0000000011
0001
0000000110
0010
0000001100
0011
0000011000
0100
0000110000
0101
0001100000
0110
0011000000
0111
0110000000
1000
1100000000
1001
1000000001
表3
连接方法如图6所示：
图6
本次设计使用的计数器是十进制计数器，为了实现09，18，27，36，45顺序依次点亮，再反序依次灭掉的序列，要使用与门来实现。
这个序列的状态如表4：
DCBA
L9.L8.L7.L6.L5.L4.L3.L2.L1.L0
0000
1000000001
0001
1100000011
0010
1110000111
0011
1111001111
0100
1111111111
0101
1111001111
0110
1110000111
0111
1100000011
1000
1000000001
表4
由表中可以看出0000和1000，0001和0111，0010和0110，0011和0101的输出是一样的，因此可以相关联在一起，使用与门。
如图中O0N与O8N用一个与门连起来，O1N和O7N，O2N和O6N，O3N和O5N都分别用一个与门连起来。
为了实现一次输出后，下次输出时上次输出的灯还同时亮，必须用与门把本次的输出连接到上一次的输出。
如图7所示。
图7
3.3指示灯显示电路
这个指示灯显示电路就由10个输出管来实现。
这10个输出管分别对应于5个74153的10个输出变量。
如图8所示：
图8
3.4数码管显示电路
这个数码管显示电路由两个7447元件实现。
元件如图9所示。
图9
⒋实验结果
完成总电路图后，经编译无误后，加载到DE2板，然后运行。
实验结果如下：
10路彩灯能在编号依次所要求的四种花形下点亮，10个数码管能依次显示相应的数字，且不断循环，每个数字显示时间相等；并且该控制电路应有启动、复位按钮。
按下复位按钮，自动清零显示数字“0”；按下启动按钮，彩灯按上述规律变化。
⒌总结
该电路的设计基本上完成了实验的要求功能。
按下复位键能够复位，然后按下启动键才能开始运行。
在设计这个电路的时候遇到了许许多多的问题，例如：
怎样能使10路彩灯能够自动循环点亮，怎样使彩灯显示奇数偶数数字，怎么切换到花型，怎样把这些模块电路连接起来等等问题。
这些问题都是要经过上网查找资料，了解芯片的功能，在草稿纸上一遍又一遍的画出电路图，经过化简后再在软件QuartusⅡ上做出相应的电路图。
在这次的课程设计中，我收获很大，具体有以下几方面：
1.学以致用。
在学习数字电路的过程中，上课我们都是些理论上的东西，并且上学期做实验也是照着书本上给出设计好的电路连线，却一直都没有正在运用到自己所学的知识来设计一个电路。
而这次的课程设计真正让我们通过自己的知识和努力，通过自己查阅资料、分析来解决问题。
这不但能巩固我们所学的理论知识，又能提高我们的实践能力。
2.学会分析解决设计上的问题。
在设计电路的过程中，每一步都要自己去思考分析，遇到问题时，经常都要经过多次的尝试来解决改善问题，有时一点微小的错误都会影响到结果的正确以否，而这些微小的错误经常都是很难发现，这就需要我们学会仔细分析问题。
3.懂得了如何去安装调试电路。
设计电路，关键步骤还在于解决实际遇到的问题，安装调试出正确的结果，这一步是至关重要也是最为困难的。
很多时候，理论分析正确，调试却不一定正确，这关键也在于调试过程是否正确。
我们必须遵循一些安装调试步骤，先单个调试，然后再整体调试，先局部再整体，切不可一次安装后调试，因为这样是很难查出错误来。
总之，这次的课程设计的收获是很大的，通过这几天的努力，终于设计出“彩灯循环控制器”的电路。
从开始的无从下手到熟悉各种芯片的功能，到尝试着设计各个单元电路，再到每个细节问题错误的改进和矫正，这里的每一步都是一个大大的提高，特别是许多的细节问题都是很棘手的。
但是结果证明，只要不断地努力，不断地思考，目标是一定会实现的。
参考文献：
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