四路彩灯显示系统数电课程设计.docx

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四路彩灯显示系统数电课程设计

课程设计

课程名称数字电子技术课程设计

课落款称四路彩灯显示系统

专业电气工程及其自动化

班级电气0781班

学号0110

姓名

指导教师赵振兴

2020年1月10日

湖南工程学院

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

专业班级：

电气0781

学生姓名：

学号：

10

指导教师：

赵振兴

审批：

任务书下达日期2020年1月4日

设计完成日期2020年1月10日

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态秒，然后同时为0态秒，使四路彩灯同时点亮秒然后同时灭秒，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设计整体思路

依照课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环操纵电路和彩灯花腔输出电路。

时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现，循环操纵电路由74LS161和7420实现，彩灯花腔输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。

1.2大体原理

由设计要求动身可知彩灯的三个节拍能够用移位寄放器74LS194实现，通过操纵S0和S1实现右移、左移和送数，通过操纵CLR＇操纵清零。

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进制的计数器操纵循环。

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，而且要以相同频率操纵CLR’。

能够用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到操纵12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄放器。

1.3框图

移位计数器74LS191

12进制循环控制器

多谐振荡器

彩灯显示输出

16进制分频计数器

第二章　　单元电路设计

2.1时钟脉冲产生电路

用555按时器组成多谐振荡器,电路输出便取得一个周期性的矩形脉冲,其周期为:

T=（R1+2R2）C………………………（1-1）

操纵74LS161模十六计数器电阻值和电容值可设为：

R1=1KΩ，R2=20KΩ，C=μF

由公式（1-1）计算得：

T=

图２.１时钟电路

2.1.1具体实现

74LS161

用555按时器组成多谐振荡器,电路输出便取得一个周期性的矩形脉冲,操纵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循环操纵电路

12进制循环操纵电路示用意（74LS161由74163代替）

2.2.1具体实现：

若是模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显现时，与非门输出为低，用它操纵清零端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彩灯花腔输出电路

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信号操纵移位寄放器的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脉冲操纵：

ＣＬＫ＝（ＱＤ*A+QD＇）*ＱＤ+B

2.3.3彩灯花腔输出电路接线图

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调试利用的要紧仪器:

数字万用表直流稳压电源示波器函数信号发生器

4.1.2测试电路的方式和技术:

先检查各芯片的电源和地是不是接上，检查线路是不是连好；前面的检查无问题后，再依照彩灯的转变情形，确信可能的缘故，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，发觉并更正错误，直到符合要求为止。

4.2调试中显现的故障、缘故及排除方式：

4.2.1彩灯只有一种花腔转变，没有其它的花腔：

可能是移位计数器的S0，S1端操纵显现问题，应该检查循环操纵逻辑电路。

还可能是12进制循环操纵计数器没正常工作，检查是不是正确接线，芯片是不是功能完好。

专门注意不能把非门的输入与输出接反了。

4.2.2彩灯无规律转变：

缘故可能是12进制循环操纵电路不能产生符合要求的操纵码，检查模十六计数器的CP脉冲是不是稳固，看74LS161是不是能计数，即QA、QB、QC、QD是不是周期性的高低电平转变，前面没问题，再检查与非门74LS２０和非门74LS04是不是能实现它们逻辑功能。

4.2.3彩灯的四种花腔都有，但一次循环终止到另一次循环开始中间有段时刻彩灯不亮：

缘故可能是操纵循环的１２进制计数器没有真确接线，实际操纵循环的进制大于１２进制，致使有放空时刻。

应该检查７４ＬＳ２０是不是正常工作，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，感觉很有成绩感，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欢乐，最终取得了完美的结果，可是最重要的是经历一次如此难忘的进程。

设计电路最重要的是思路要清楚，一旦有了自己的思路就应该有层次有层次的探讨下去，只要坚持自己的观点和判定，就必然能实现，即便最后发觉走进了死胡同，可是探讨假想与求证的进程却是通往另一条道路必不可少的环节。

在完成这次设计的进程中，我也有参考相关的设计课题，乃至还花了很长的时刻去弄清楚他人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。

学习吸收他人的优势是应该的，可是不能完全沉醉进去，要有自己的思路和观点，而且尽力去实现。

这确实是欢乐的最大源泉。

在完成设计的进程中自己不断解决了一个个的难题，要通向最后的成功，绝可不能一蹴而就，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。

在电路接线进程中，也显现了很多问题，问题多并非恐怖，恐怖的是在反复的受挫中没有革新，不能改良自己的方式和思路。

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明白得，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按时器，模十六计数器74LS161，与门74LS09，与非门74LS20，非门74LS04，或门74LS32。

74LS194双向移位寄放器，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：

①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

②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）。