四路彩灯课程设计.docx
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四路彩灯课程设计
课程设计报告
四路彩灯显示系统
起止日期:
自2011年12月19日至2011年12月30日
系(部)
信息科学与工程系
学生姓名
班级
xxxxxxxxxxx
学号
xxxxxxxxxxxx
成绩
指导教师(签字)
xxxxxxxxxx
2011年12月30日
课程设计任务书
2011-2012学年第一学期
系(部)信息科学与工程系专业电子科学与技术班级xxx
课程名称:
数字电子技术
设计题目:
四路彩灯显示系统
完成期限:
自2011年12月19日至2011年12月30日共2周
目的及任务
目的:
通过设计和搭建一个实用电子产品雏形,巩固和加深在数字电子技术课程中的理论基础和实验中的基本技能,训练电子产品制作时的动手能力。
通过该课程设计,设计出符合任务要求的电路,掌握通用电子电路的一般设计方法和步骤,训练并提高在文献检索、资料利用、方案比较和元器件选择等方面的综合能力。
任务:
(1)根据原理图分析各单元电路的功能;
(2)熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能;
(3)进行电路的装接、调试,直到电路能达到规定的设计要求;
(4)写出完整、详细的课程设计报告。
进度安排
起止日期
工作内容
2011.12.19前
选题,了解设计内容,复习数电相关知识和查阅资料。
2011.12.19-22
分析设计任务,选择总体方案,单元电路设计。
2011.12.22-27
设计总体电路,调试。
2011.12.27-30
继续完成设计,撰写实验报告,进行答辩。
主要参考资料
[1]余孟尝.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2006
[2]方大千,鲍俏伟.实用电子控制电路[M].第一版.北京:
国防工业出版社,2003
[3]肖景和。
数字集成电路应用精粹.北京:
人民邮电出版社,2002.
[4]李忠波,袁宏.电子设计与仿真技术.北京:
机械工业出版社,2004
[5]历雅萍、易映萍.电子技术课程设计.北京:
高等教育出版社,2002
指导教师(签字):
年月日
教研室主任(签字):
年月日
目录
1概述1
1.1前言1
1.2设计要求1
1.3设计总思路1
2方案的选择1
3单元电路的设计和元器件的选择2
3.1时钟脉冲产生电路2
3.2循环控制电路3
3.3彩灯花样输出电路4
3.1.2运用到74LS194功能表4
3.1.3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5
3.4各元器件逻辑符号与引脚图解5
4经验体会7
4.1设计过程中遇到的问题及解决方案7
4.2设计体会7
4.3对该设计的建议8
参考文献8
附录A彩灯花样输出电路连线图9
附录B总电路设计10
附录CEDA仿真电路图11
附录D元器件清单12
1概述
1.1前言
用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统,可用于节日庆典,医院病房等多处地方,同用单片机控制相比,它具有准确,不易受外界干扰出错,因而得到了广泛的应用。
小到人们日常生活中的电子贺卡,大到宾馆、医院等公共场所的大型数显电子钟。
1.2设计要求
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·程序由三个节拍组成:
第一节拍时,四路输出Q1~Q4依次为1,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;
1.3设计总思路
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。
2方案的选择
计数器的方案有多种,主要有:
方案1采用单片机控制电路为主实现四路彩灯显示。
运用C语言编程,然后编译,通过单片机内部实现四路彩灯的显示,编译成功后通过下载机下载至芯片,然后连接即可实现预先功能。
优点是连接线路较少,只要编译成功就能实现,缺点是编程较为麻烦,容易出错,同时用单片机控制不宜与体现数电运用实践的能力,不利于理解底层电路的连接于实现。
方案2采用多路芯片组合实现四路彩灯显示系统。
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。
优点是不用编程,不要编译只要正确连接就能正常工作,缺点是必须掌握所有芯片的引脚功能及作用,连线较为复杂。
图1.3系统框图
将上述方案进行比较得之,运用单片机易于实现本项目,但是根据设计任务的要求,各方案的优缺点、设计制作所具备的条件,本例作为传统电子设计方法的实例,采用方案2实现。
3单元电路的设计和元器件的选择
3.1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3.1.1时钟电路
NE555
74LS161
图3.1.2NE555与74LS161构成的时钟产生电路
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,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
3.2循环控制电路
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)其电路图如图3.2所示。
图3.2循环控制电路(74LS161用74LS163代替)
3.3彩灯花样输出电路
3.3.1运用到74LS194功能表
图3.1.274LS194功能表
3.3.2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
3.4各元器件逻辑符号与引脚图解
图3.4.A74LS194逻辑符号和引脚图
图3.4B74LS163引脚图图3.4C74LS20引脚图
图3.4D74LS20内部结构图图3.4E74LS09内部引脚图
图3.4F74LS04引脚图及内部结构
图3.4G74LS32引脚图及内部结构
4经验体会
4.1设计过程中遇到的问题及解决方案
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。
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门74LS04是否能实现它们逻辑功能。
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。
4.2设计体会
本来当初选题是要做自动控制延时电路,比较盲目,最后遇到了瓶颈,要用220v电压供电,最后不得不放弃该项目,转而开始这个项目。
看似简单的功能做起来并不简单。
两周的实习很快就过去了,过程中出现了很多波折,在这次实习中我学到了很多东西,不仅仅是专业知识
首先是四路彩灯电路的设计,我发现自己对芯片的功能还是不太了解,后来又重新查了一遍,选择了合适的芯片。
但又在连线时出了问题,出了问题并不重要,重要的是让自己冷静下来,用心去找出问题的所在。
然后用自己所学知识解决掉问题,硬是不能解决的,可以去请教别人,但在问别人的时候,一定要理解对方是怎样解决掉这个问题的,否则你将一无所获,下次遇到这个问题你一样又不知道。
其次是电路的连接,线路连接比画图难多了。
在连接的时候先要检查芯片、电线等。
在连接的时候也要非常的细心,而且要有耐心,只要接错一根,就前功尽弃了。
因此,要学会耐心细致的做一件事,不要毛躁,不要粗心。
还有以后做事的时候一定要事先考查清楚,不能盲目选择没有目标。
最后,我要感谢学校给我们这样的实践机会,特别要感谢肖主任对我们这组的大力支持。
亲自帮助我们修改电路,总之,这次课程设计,让我体会到了团队合作的重要性,让我以后做事更有耐心,更加细心。
让我能够更加从容的面对未来的机遇与挑战。
4.3对该设计的建议
(1).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。
(2).对于中等规模以上的电路,可以分模块去实现不同的功能。
各个功能实现后然后再组合,这样便于检查错误和扩展功能。
参考文献
[1]余孟尝.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2006
[2]方大千,鲍俏伟.实用电子控制电路[M].第一版.北京:
国防工业出版社,2003
[3]肖景和。
数字集成电路应用精粹.北京:
人民邮电出版社,2002
[4]李忠波,袁宏.电子设计与仿真技术.北京:
机械工业出版社,2004
[5]历雅萍、易映萍.电子技术课程设计.北京:
高等教育出版社,2002
附录A彩灯花样输出电路连线图
A彩灯花样输出电路
附录B总电路设计
图B总电路设计图
附录CEDA仿真电路图
图CEDA仿真图
附录D元器件清单
型号
功能
备注
74LS163
模十六进制计数器
2个
74LS20
两个4输入与非门
1个
555定时器
产生多种脉冲
1个
74LS194
移位寄存器
1个
74LS32
四-二输入或门
1个
74LS09
四-二输入与门
1个
74LS04
六-单输入非门
1个
导线
连接电路
若干
LED
显示彩灯变化
6个
5V
提供稳定电源
1个