多路彩灯数字逻辑课程设计报告.docx

1、多路彩灯数字逻辑课程设计报告数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器学院名称：电子工程学院学生姓名：专业名称：班 级： 实习时间：2012年6月4日 2012年6月15日多路彩灯控制器的设计一 、课程设计题目（与实习目的）（一）、题目：多路彩灯控制器（二）、实习目的：1进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。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了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 4培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。5锻炼动手能力，排错能力。二、 任务和要求实现彩灯控制的方法很多，如EPROM编程、RAM编程、单板机

2、、单片机等，都可以组成大型彩灯控制系统。因为本次实习要求设计的彩灯路数较少，且花型变换较为简单，故采用移位寄存器型彩灯控制电路。（1）彩灯控制器设计要求设计一个8路移存型彩灯控制器，基本要求：1. 8路彩灯能演示三种花型（花型自拟）；2. 彩灯用发光二极管LED模拟；选做：实现快慢两种节拍的变换。（2）课程设计的总体要求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越好；3. 注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉；4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。三 总体方案的设计整体电路分为四个模块，第一个模块时钟信号的产生；第二个模块实现节拍控制；第三个模块

3、实现花型的控制；第四个模块实现实现花型的演示。 这种方案将整个设计电路的功能模块化，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。这么设计的出发点是：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都很方便，花型控制电路简单，花型也比较简单。主体框图如下：时钟信号CP电路：用555芯片产生CP脉冲。节拍控制电路：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。花型控制电路：由1614位二进制同步计数器完成；花型演示电路：由195 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；四 单元电路的设计1.设计所使用的元件及工具：74

4、LS161（四位二进制同步计数器） - 2个；74LS194（移位寄存器） - 2个；74LS151（八选一数据选择器） - 1个；74LS74（双D 触发器） - 1个；74LS00（四二输入与非门） - -1个；74LS04（六非门） - 1个；发光二极管- -8个；555 - 1个；电容： 4.7f -1个；001f -1个；电阻： 150k - -1个；100 -4个；4.7k -1个；实验板一块；万用表一个; 钳子一个；导线若干。2.各个单元电路（1）时钟信号电路 由一片555加上适当电容及电阻实现。电容取：4.7f 10nf电阻取：150 k 4.7 k电路图如右：（2）节拍控制电

5、路 由一片151和一片74级联实现。整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。 令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。令151的B,C,G,GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QG输出。 所以Y端的输出就为：Y=CPA+QA (Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。 所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。A端接的是161的高位片的QF即当到达第32拍时QF为1

6、接下来的3364拍为变慢后的脉冲输出。电路图如右: （3）花型控制信号电路由二片161级联的模64（三种花型每种显示一遍，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QG清零。当三种花型全新显示一遍后（总共32拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的信号QF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151的输出端Y。电路图如下：（4）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1

7、61级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。三种花型变换样式花型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。移存器输出状态编码表节拍序号花型1花型2花型310000000000000000000000002100010000001100010000000311001100001111001100000041110111001111110111000005111111111111111111110000601110111111001

8、1111111000700110011110000111111110080001000110000001111111109111111111001111111110011111112000111111300001111140000011115000000111600000001这3种花型在每种频率下各显示一遍，三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为32，即18显示第一个花型，916显示第二个花型，1731显示第三个花型。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,将两片194分为低位片和高位片，再将其输出端从低位到高位记为L1L8。列出各

9、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SLSRS1S0SLSRS1S0QDQE1XL801XL801002L8X10XL801103XL801XL40101XL801xL40111列出卡诺图分析194低位片 QD QE 0 1 QD QE 0 1 0 XL8 0 0 1 1 X X 1 0 0SL=L8 S1=DE QD QE 0 1 QDQE 0 1 0 L8 X 0 1 0 1 L8 L8 1 1 1SR=L8 S0= (DE)194高位片 QD QE 0 1 QDQE 0 1 0 X X 0 0 0 1

10、 X X 1 00SL=X S1=0 QDQE 0 1 QDQE 0 1 0 L8 L8 0 1 1 1 L4 L4 1 1 1SR=L8E+ L4 E S0=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QD、QE和本身输出端L4和L8控制。用去QAQH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= DES1=0S0=S1S0=1SL=L8SL=XSR=L8SR=L8E+ L4 E电路图如下：五 总体电路图六 电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。刚开始数电实习的时候，我就确定了先设计电路再用

11、软件仿真再搭电路的思路。在设计电路时，我先确定了总体框图，555的CP脉冲电路，74,151的分频电路相对容易，很快就设计好了，难就难在161和194的关系处理上，怎么用161控制194的花型转换，怎么用194连续显示3种花型呢？接着我想到161的功能就是计数，它可以通过计数来控制花型的转换，而194是移位寄存器，通过控制它的SL,SR,S0，S1，就可以进行花型的显示，而卡诺图化简就可以找出161和194的关系，理清思路后，我很快就完成了设计。确定好思路后就分模块实现，周二和周三都在进行电路的仿真，刚开始用的是mulitisim仿真软件，但是一直有问题，不是灯不亮就是花型是乱的，我就在想出现

12、这种问题的原因只有三个：1.原理是错的2.在搭线过程中出现了错误3. mulitisim仿真软件对数电模拟存在误差，即使原理和搭线正确但仍然不能正常显示结果。对于这三种可能性，我仔细检查了原理没有错误，然后检查了电路也没有错误，我就怀疑是mulitisim出错了，后来换了proteus软件进行仿真，结果正确。我就在想可能是因为mulitisim软件多用于模拟电路的仿真，它对于数字电路的仿真可能不准确，而proteus是专门针对数字电路设计的软件，所以结果准确，通过这次实习，我熟练地掌握了这两种软件的用法，收获很大。仿真正确后，周四我就开始用面包板搭电路了，再搭电路前，我用万用表测了面包板的正负

13、极是否连通，在确保它是连通的后才正式搭电路，由于设计和仿真都是自己一步步扎扎实实地走的，所以搭电路只用了一下午就完成了，周五就进行了测验，加上电后，我分模块对电路进行了测试。1.测试脉冲产生模块。在555定时器的3脚插上了一个LED灯后，发现灯不亮，我就怀疑是不是点没加进去，检查后发现，我把电源负极和地分开了，没有把它们接在一起，这就相当于电路没连通，在用导线把它们连接好后再加电，LED灯正常闪亮，我又在151的Y输出端接上了一个LED灯，正常闪亮，说明脉冲产生电路是正常的。2.测试节拍控制模块。我先把A接0，发现Y输出接的LED灯和CP输出端接的灯闪亮是同步的，即还没有分频，再把A接高电平，

14、这时现Y输出接的LED灯和CP输出端接的灯闪亮便不是同步的了，即实现了分频，分频电路正确。3.测试花型控制电路和花型演示电路。我在两片161的输出端都接上了LED灯，观察它计数是否正确，再在两片194的输出端接上LED灯，观察其分频前的花型和分频后的花型是否正确。在加电后，观察到161可以正常计数，且194的花型显示也是正确的，但就是在161计数到32后没有进行分频，在分频模块功能正常的前提下，出现这种情况的原因只有一种，那就是A的高电平没有返回给151，所以对于151来说在A是0时，输出的就是CP，所以没有分频，我用万用表测了151的A引脚和161的F输出，发现是正常连通的，但是加电后还是不

15、能分频，既然不是接触不良，那问题会出在哪呢？这引起了我的思考，会不会是F脚的输出逻辑电平达不到1，因为我在F脚接了一个LED灯，会产生压降，虽然灯可以亮，但它的逻辑值却是0，那么把F脚的这个灯拔掉这一问题会不会就解决掉了呢？在拔掉灯后，我惊喜地发现在161计数到32后，可以实现分频了！至此，测试完满结束。七 分析和总结。本次课程设计我只用了一个星期的时间就全部做完，一天设计，两天半仿真，半天测试，因为在设计之前根据设计的要求，每个模块都仔细的设计分析了，扎扎实实一步步实现，才有这么高的效率。而且从本次课程设计中收获很多。可以总结为以下的几点：（一）灵活运用数电知识这次课程设计主要是运用数字电路

16、逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。151,194,161,555各个芯片的功能，真值表都熟悉了一遍。巩固了数电知识。在刚开始设计花型时，由于我对194芯片的SR，SL控制不是很清楚，所以就在这块打住了，后来认真查书，找到控制它们的规律后，完成了194显示花型的设计，也完成了161对194的控制。（二）掌握了Mlitisim和Proteus的用法刚开始进行仿真时，连芯片都找不到，在自己的摸索下，渐渐熟悉了Mlitisim软件的用法，但由于仿真结果不正确，又换用Proteus软件进行仿真，又从头再来，学会了Proteus软件的用法。这对后来搭电路打下了良

17、好的基础，因为如果不能保证仿真结果是正确的，就不能搭电路了。（三）锻炼了分析问题的能力和排错能力在拿到这个题目时，我首先进行了分析，它要实现什么功能，分哪几个模块，各个模块又由哪些芯片构成，这些芯片该怎么用，各个模块之间又有什么联系。在分析好这些后，再进一步地完善设计内容，从整体到部分，分而治之是核心。设计好方案后，进行仿真时，又出现了错误，我认真列举出可能的情况，一一分析，排除，最后找出问题，解决问题。在测试电路时，又不可避免地出现了各种错误，但是把问题具体化，大化小，最后还是可以找出问题，并解决问题的。只要有足够的耐心和细心，思路清晰，就会很轻松地解决问题。通过这次实习，我的逻辑思维能力得

18、到了很好的锻炼，分析问题和解决问题的能力也得到了提升，排错能力也比以前好了。 （四）锻炼了动手能力学数电的时候，我不会想着怎么布线，怎么放置芯片，使整体布局更合理，更美观，但实际搭电路的时候就得考虑这些问题，由于资源有限，怎么接可以更节约导线，用更少的芯片，这都得仔细设计，设计得好的话，有利于以后检查电路，也方便别人看。如果没有这次实习，我可能还会犯一些很简单的错误，如不知道把负极和地接在一起，但是，时间出真知，通过自己动手实践，我牢牢地记住了这个知识点，也丰富了自己在搭电路方面的经验。总结本次试验中包括CP的产生电路用的555芯片，基本电路我用了7个芯片（一片555、两片161、两片194、

19、一片00、一片04），分频电路用74和151实现，一共用了9个芯片。是目前我想出的用最少的器件，最简单的布线来实现所要求的功能。从电路图的设计、实现、仿真、实验报告，都是自己思考和动手。掌握了ModelSim和Proteus软件的操作，用所学习过的芯片设计电路，并用面包板来实现，实现的过程中排错、检查的能力也得到锻炼。总而言之，好好利用了学校给我们提供的此次实习的机会，努力按要求完成了任务，提高了自己的综合思考能力和动手实践能。西安邮电大学 数字逻辑课程设计 过程考核及成绩鉴定表学生姓名班级/学号承担任务实验室（单位）电路与电子技术基础教学部所在部门电子工程学院实施时间2012年 6 月4日 2012年 6月15日课程设计过程要求优良中及格不及格电路功能花型种类移动方向移动速度其它电路质量电路运行稳定元件布局合理连线简洁回答问题 分析问题、解决问题能力电路原理清楚，能抓住重点设计报告设计思路清晰、图表齐全、各部分电路说明正确。学习态度 认真 一般 差学习纪律 好 一般 差实习综合成绩 优秀 良好 中等 及格 不及格 指导教师签名 年 月 日