数字电路课程设计八路彩灯.docx
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数字电路课程设计八路彩灯
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J
西安郵電學院
数字电路课程设计报告书
题目：
多路彩灯控制系统
实习报告
一、课程设计题目
多路彩灯控制器
实验目的：
1：
熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理。
2：
熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。
3：
了解一般科学实验的基本步骤，学会用科学精神去处理实际问题。
4:
初步培养了科学严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
5：
会合理布线和调配，布线完成后会用万用表等工具来查找错误。
6：
增强动手实践能力；
任务：
设计一个8路彩灯控制器：
1．能演示至少三种花型;
2．彩灯用发光二极管LED模拟。
3．彩灯明暗变化两种节拍交替运行;
4：
用可编程的单片机实现三种花型以及频率的更替；
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，用的器件越少越好；
3.注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。
二、总体方案
设计所需元件：
74LS161（四位二进制同步计数器）----------------------2个；
74LS194（移位寄存器）------------------------------4个；
74LS08（四2输入与门）----------------------------1个；
74LS32（四2输入或门）------------------------------------1个
74LS04（六非门）------------------------------------2个；
555（脉冲发生器）-----------------------------------------1个；
发光二极管---------------------------------------------16个；
电容：
4.7μf---------------------------------------1个；
0．01μf--------------------------------------1个；
电阻：
150kΩ--------------------------------------------------1个；
4.7kΩ-----------------------------------1个；
100Ω---------------------------------------1个；
面包板一个；
导线若干。
工具：
万用表一个；
钳子一个。
三种花型设计
花型1：
8路灯分两半。
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。
三、总体方案
彩灯控制系统应该要有信号的输入，然后还要通过161控制花型和节拍，151和74控制输出地频率（节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频），还要通过194来控制LED的信号输出。
而为了实现花型频率的自动改变，就要在161到达64拍的时候自动的将信号反馈给节拍控制器，所以总体的方案为：
四、主要单元电路的基本原理：
1、时钟产生电路
本课题要求用单一频率的节拍显示彩灯花型，因此，时钟产生电路只需要产生一种节拍。
故用555来实现
2、花型演示电路
由二片移位寄存器194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。
而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。
三种花型：
移存器输出状态编码表
节拍序号
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
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一句节拍的变化进行相应的改变,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。
现将两片194分为低位片1和高位片2，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。
列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：
（用^Li表示Li的取非）
花型
低位片
节拍控制信号
SL
SR
S1
S0
SL
SR
S1
S0
QEQF
1
X
^L8
0
1
X
^L8
0
1
00
2
^L8
X
1
0
X
^L8
0
1
10
3
X
^L8
0
1
X
L4
0
1
01
X
^L8
0
1
x
L4
0
1
11
列出卡诺图分析
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=^L8S0=^（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
XL4
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
由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端S1、S0以及串行输入端的由161的输出端QE、QF和本身输出端L4和^L8控制。
用去QA—QH表示161从低位到高位的个输出端。
控制结果表达式如下：
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
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的级联用的是同步，并用^QH清零。
当三种花型全新显示一遍后（总共64拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的Q2（即QG）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。
4节拍控制电路
151A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拍为变慢半拍后的脉冲输出
当A端输入为0的时候74端Q0-Q4为1111，当A端输入为1的时候Q0-Q4变为1010，节拍变慢一半。
5单片机STM32对彩灯的控制
通过stm32的推挽输出信号，给彩灯高低电平1和0来控制彩灯的亮和灭，通过设计彩灯的代号依次是p0—p7依次接PAO0-PAOl6，PAO11和实现对彩灯电平信号的控制，用delay（）ms来控制电平信号输入的快慢，从而控制节拍频率的变换。
五总体仿真电路图
STM32单片机实现彩灯控制的代码为：
#include"sys.h"
#include"usart.h"
#include"delay.h"
#include"led.h"
#include"key.h"
#include"stdlib.h"
#include"lcd.h"
//#include"sd.h"
//ALIENTEKMiniSTM32开发板范例代码2
//按键输入实验
//技术支持：
//广州市星翼电子科技有限公司
//voidTURNTOONE（void）;
intmain（void）
{
u8t;
Stm32_Clock_Init（9）;//系统时钟设置
uart_init（72,9600）;
delay_init（72）;//延时初始化
LED_Init（）;//初始化与LED连接的硬件接口
KEY_Init（）;//初始化与按键连接的硬件接口
LCD_Init（）;
LED0=0;LED1=0;LED2=0;LED3=0;LED4=0;LED5=0;LED6=0;LED7=0;//点亮LED
//LCD_ShowString（30,40,200,24,24,"MiniSTM32^_^"）;
//LCD_ShowString（30,70,200,16,16,"CAIDENGTEST"）;
//LCD_ShowString（30,90,200,16,16,"KEY1:
TWO"）;
//LCD_ShowString（30,110,200,16,16,"KEY0:
ONE"）;
//LCD_ShowString（30,130,200,16,16,"PLEASESELECT"）;
while
（1）
{
t=KEY_Scan
（1）;//得到键值
switch（t）
{
caseKEY0_PRES:
//LCD_ShowString（30,150,200,16,16,"ONE:
WATING......"）;
LED0=1;LED4=1;delay_ms（1000）;//第一种花型
LED1=1;LED5=1;delay_ms（1000）;
LED2=1;LED6=1;delay_ms（1000）;
LED3=1;LED7=1;delay_ms（1000）;
LED0=0;LED4=0;delay_ms（1000）;
LED1=0;LED5=0;delay_ms（1000）;
LED2=0;LED6=0;delay_ms（1000）;
LED3=0;LED7=0;delay_ms（1000）;
LED3=1;LED4=1;delay_ms（1000）;//第二种花型
LED2=1;LED5=1;delay_ms（1000）;
LED1=1;LED6=1;delay_ms（1000）;
LED0=1;LED7=1;delay_ms（1000）;
LED3=0;LED4=0;delay_ms（1000）;
LED2=0;LED5=0;delay_ms（1000）;
LED1=0;LED6=0;delay_ms（1000）;
LED0=0;LED7=0;delay_ms（1000）;
LED0=1;delay_ms（1000）;//第三种花型
LED1=1;delay_ms（1000）;
LED2=1;delay_ms（1000）;
LED3=1;delay_ms（1000）;
LED4=1;delay_ms（1000）;
LED5=1;delay_ms（1000）;
LED6=1;delay_ms（1000）;
LED7=1;delay_ms（1000）;
LED0=0;delay_ms（1000）;
LED1=0;delay_ms（1000）;
LED2=0;delay_ms（1000）;
LED3=0;delay_ms（1000）;
LED4=0;delay_ms（1000）;
LED5=0;delay_ms（1000）;
LED6=0;delay_ms（1000）;
LED7=0;delay_ms（1000）;
break;
caseKEY1_PRES:
//LCD_ShowString（30,150,200,16,16,"TWO:
WATING......"）;
LED0=1;LED4=1;delay_ms（500）;
LED1=1;LED5=1;delay_ms（500）;
LED2=1;LED6=1;delay_ms（500）;
LED3=1;LED7=1;delay_ms（500）;
LED0=0;LED4=0;delay_ms（500）;
LED1=0;LED5=0;delay_ms（500）;
LED2=0;LED6=0;delay_ms（500）;
LED3=0;LED7=0;delay_ms（500）;
LED3=1;LED4=1;delay_ms（500）;
LED2=1;LED5=1;delay_ms（500）;
LED1=1;LED6=1;delay_ms（500）;
LED0=1;LED7=1;delay_ms（500）;
LED3=0;LED4=0;delay_ms（500）;
LED2=0;LED5=0;delay_ms（500）;
LED1=0;LED6=0;delay_ms（500）;
LED0=0;LED7=0;delay_ms（500）;
LED0=1;delay_ms（500）;
LED1=1;delay_ms（500）;
LED2=1;delay_ms（500）;
LED3=1;delay_ms（500）;
LED4=1;delay_ms（500）;
LED5=1;delay_ms（500）;
LED6=1;delay_ms（500）;
LED7=1;delay_ms（500）;
LED0=0;delay_ms（500）;
LED1=0;delay_ms（500）;
LED2=0;delay_ms（500）;
LED3=0;delay_ms（500）;
LED4=0;delay_ms（500）;
LED5=0;delay_ms（500）;
LED6=0;delay_ms（500）;
LED7=0;delay_ms（500）;
break;
default:
delay_ms（10）;
}
}
}
五实验心得
在设计电路的时候存在很多的问题，开始的时候，一直把状态卡诺图画错，导致再设计电路的过程中出现了很多的问题，比如：
灯只亮一半，或者花型特别的乱，没有规律，细心地检查后来才知道这是由于161节拍变换那块的线接错了。
还有就是布线，起初考虑不周全，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。
后来只能把板子拆了，重新连接了一遍。
设计好，连接成功后，但是花型还是有问题，于是就通过万用表把每一条线重新测了一遍，结果发现自己有三根线没接，真是粗心惹的祸。
用STM32单片机做彩灯的控制时候，代码就好写多了，但是之前由于编译器没有初始化很多的参数，导致编译一直出错。
在用代码实现多路彩灯的控制的时候，实现了多种想要的花型，感觉单片机，很实用，也很好用，但是还得多加掌握。
通过这次的课程设计我学到了很多书本上没有的知识，真是受益匪浅。
六：
参考文献
1.王锍银主编，《数字电路逻辑设计》，高等教育出版社
2.高书莉主编，《数字系统设计》，北京邮电学院出版社
:
西安邮电学院信息与控制系电子设计过程考核表
学生姓名
杨海坪
班级/学号
测控050406052119
实习单位
实验中心
所在实习部门
3#---511
课程设计时间
07年6月25日—07年7月6日
具体实习内容
第一周
周一：
听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；
周二：
选定题目，并设计电路，完成电路设计；
周三：
领取元器件，开始组装电路；
周四：
组装电路；
周五：
组装电路；
第二周
周一：
组装电路；
周二：
组装电路；
周三：
组装电路；
周四：
组装电路；
周五：
撰写实验报告；
。
。
。
。
。
。
指导师傅（教师）姓名
职务或职称
讲师
指导师傅（教师）
对学生的评价
实习态度
□认真□一般□不认真
实习纪律
□全勤□偶尔缺勤□经常缺勤
实践能力
□很强□一般□较差
指导师傅（教师）对学生专业知识与社会实践能力相结合情况的建议
指导师傅（教师）签字
年月日
西安邮电学院通信工程系电子设计成绩鉴定表
学生姓名
杨海坪
班级/学号
测控050406052119
实习时间
2007年6月25日—2007年7月6日
实习成绩鉴定
实习内容（20分）
与毕业设计结合程度（10分）
与专业结合程度（6分）
其它（4分）
实习单位评价
（20分）
实践能力（10分）
实习态度（6分）
实习纪律（4分）
实习报告鉴定
（60分）
报告内容与实习单位资料紧密结合，且资料详实（8分）
报告内容与毕业设计内容紧密结合（8分）
其它内容（4分）
报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数40分）
评阅教师姓名
职称
实习成绩
评语
评阅教师签字
年月日
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