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1、课程设计课程设计说明书课程设计名称： 数字逻辑课程设计 课程设计题目： 四花样彩灯控制器 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 通信工程 班级： 090423 学号： XXXXXXXX 姓名： XXX 评分： 教师： XXX 2011 年 09 月 20 日 数字电路 课程设计任务书20 11 20 12 学年 第 1学期第 2 周 3 周 题目四花样彩灯控制器内容及要求基本要求1、 彩灯一亮一灭，从左向右移动2、 彩灯两亮两灭，从左向右移动3、 四亮四灭，从左向右移动4、 从18从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭5、 四种花样自动变换主要参考元器： NE555 74LS92 74LS74 74

2、LS153 进度安排1. 仿真、画PCB线路板图、领元器件：2天；2. 制作、焊接：1天3调试：2天4. 验收：0.5天5. 提交报告：2010-2011学年第一学期37周学生姓名：指导时间：第23周指导地点：E楼508室任务下达20 11年 9 月 4 日任务完成20 11年 9 月 16 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师张小林系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。摘要众所周知,彩灯在日常生活中起到越来越重要的作用，例如节日晚会的场景布置，商店的

3、装饰，广告牌的设计等等，其中的彩灯控制器是核心部分，其产生了彩灯的各种花样。本次设计的四花样彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。本次课题设计目的是：设计一个四花样彩灯控制器，首先根据设计要求，要实现四种花样的流水效果和四种花样的自动变换，其中四种花样可通过74LS161以及门电路来产生，四种花样分别输到74LS153的数据输入端，而自动变换则可通过74LS153的地址端实现，它的地址端接由双D触发器组成的四进制计数器。而要产生右移则可使用8位移位寄存器74LS164来实现，电路中不可缺少的时钟信号则可由555芯片组成的多谐振荡器来提供。级实验验证，本组设计的彩灯控制器能满足课题

4、设计要求。关键字：控制器、数据选择器、时钟信号目录前言1第一章设计内容及要求2第二章系统设计方案选择3第三章系统组成及工作原理3.1 系统组成43.2 工作原理4第四章单元电路设计、参数计算、器件选择4.1 时钟电路64.2 四种花样产生电路64.3 自动变换控制电路84.4 数据输出电路84.5 总电路结构9第五章实验、调试及测试结果与分析12第六章收获与体会13参考文献14附录一15附录二17附录三18前言 科学实验是近代科学发展的一个重要手段，很多时候都要通过实验来验证方案的可行性，也经常通过实验去发现和解决问题。因此，现代科学研究则更普遍更深入地运用了实验。电子技术基础是一门实践性很强

5、的技术基础，我们在获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能的同时，也要提升自己的分析问题和解决问题的能力。我们在系统学习理论知识的同时，必须通过科学的实验，进行课程设计来巩固知识、加深题解增强分析和解决问题的能力。数字电路课程设计对我们而言是一种全面的、综合地训练，它要求我们通过自己所学过的内容按要求去设计电路，并且要将所设计的电路焊接出来，这很大程度上提升了我们的问题分析能力、资料查找与整理能力和动手能力。它比平时的习题更复杂也更接近实际，在这其中很多问题都是我们在学习理论时所不曾遇见的，它使我们更好地深化理解和灵活掌握教学内容。通过这一综合训练培养了学生严肃认真的工作态度和科学作风,

6、为今后从事电路设计和研制电子产品打下初步基础，检验学生的理论实践的能力，动手能力，分析和处理问题的能力，自学能力。通过本次课设提高了大家的动手和动脑能力，增强了大家对电子方面的学习兴趣及自学能力，本次课程设计使大家学到了很多，知道了自己在哪一方面的不足，为今后的学习提供了方向，使大家有了个质的提高。第一章 设计内容及要求【基本要求】设计一四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现：1、 彩灯一亮一灭，从左向右移动2、 彩灯两亮两灭，从左向右移动3、 四亮四灭，从左向右移动4、 从18从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭5、 四种花样自动变换6、 参考器件：555 74LS93 74LS74 74LS153

7、 74LS161第二章 系统设计方案选择方案设计近年来，由于中、大规模集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。在设计中更多的使用中,大规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。因此，此彩灯控制器总体方案设计如下：1、根据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以方便检修。2、每个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件构成单元电路。3、考虑各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作需求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常，协调工作。

8、第三章 系统的组成及工作原理3.1 系统的组成本系统主要由时钟电路、四种花样产生电路、自动变换控制电路、数据输出电路组成，其原理框图为：图3-11、时钟电路用555芯片组成的多谐振荡器产生所须要的时钟信号，通过电位器来改变时钟信号的频率。2、四种花样产生电路由模十六计数器74LS161、与门74LS08和非门74LS04组成，计数器的四个输出端接组合逻辑门从而产生四种花样3、自动变换控制电路由双D触发器74LS74和四选一数据选择器74LS153组成，双D的两输出端接数据选择器的地址输入端，它能产生两位循环二进制码，每改变一种状态，数据选择器选择一种码输出，使彩灯花样自动循环。4、数据输出电路

9、：由八位移位寄存器74LS164和八个彩灯组成，选择输出的每一种码输入到寄存器的数据输入端，使码在寄存器的八个输出端自左向右移动，实现彩灯的花样3.2 工作原理从时钟电路出来的脉冲信号分为两路，一路作为74LS161的时钟信号，另一路作为移位寄存器74LS164的时钟信号，使LED灯产生移位效果；为了实现彩灯四种花样的自动变换，还得使数据选择器74LS153的地址端按00-01-10-11徇环变化，这可由双D触发器74LS74构成的四进制计数器提供，为了按要求实现电路所要的功能，必须保证双D触发器的时钟信号与计数器的时钟信号周期之比为16：1；故双D触发器的时钟信号可由计数器的进位端提供。双D

10、触发器与数据选择器共同组成了一个数据开关，多谐振荡器经双D触发器两位二进制计数器，在它的两个输出端得到00，01，10，11四种逻辑状态。这四个状态作为数据选择器的四个数据通道选择信号，对应从74LS161有门电路产生的四种花样的序列脉冲经数据选择器的四个数据输入端输入，这四种花样的序列号分别为1000000000000000，1100000000000000，1111000000000000，1111111100000000，这些序列脉冲经移位寄存器移位后驱动发光二极管发光，产生移位效果。第四章 单元电路设计、参数计算、器件选择4.1 时钟脉冲产生电路时钟信号可以用555芯片接成的多谐振荡器

11、产生，其电路如图所示图4-1其周期T=0.7(R1+2R2)C,通过改变R2可改变时钟信号的周期。当调节 R3=46Khom时，T=0.7*（50000+46000*2）*0.00001=1S4.2、四种花样产生电路根据电路设计要求，要产生四种花样，必须要产生四种花样对应的序列脉冲，如下表所示：花样状态要求周期位（位）序列脉冲1一亮一灭，从左向右移动1610000000000000002两亮两灭，从左向右移动1611000000000000003四亮四灭，从左向右移动1611110000000000004从18依次点亮，再逐次熄灭161111111100000000表4-2-1要产生这四种序列

12、脉冲，要由16进制与门电路来产生，其中16进制计数器的真值表如下表所示：序号原状态Q4 Q3 Q2 Q1次态Q4 Q3 Q2 Q1输出Z1Z2Z3￥0123456789101112131415000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111100010010001101000101011001111000100110101011110011011110111100001000000000000000110000000000000011110000000000001111111100000000表4-2-2由上表可得四

13、种花样的状态方程为：（1） 第一种花样 Z1=Q1Q2Q3Q4（2） 第二种花样：Z2=Q2Q3Q4（3） 第三种花样：Z3=Q3Q4（4） 第四种花样：Z4=Q4所以四种花样产生电路如图所示：图4-24.3、自动变换控制电路：为了使彩灯的四种花样自动变换，必须在数据选择器的地址端输入相应地址码，数据选择器的功能表如下表所示：地址码输出YB（Q2）A（Q1）1 01 12 01 1Z1Z2Z3Z4表4-3-1所以双D触发器的状态转移表为：原态Q2 Q1次态Q2* Q1*0 00 11 01 10 11 01 10 0表4-3-2故双D触发器的状态方程为：（1） Q1*=Q1（2） Q2*=Q2

14、Q1+Q2Q1所以自动变换控制电路的原理图如下图所示：图4-34.4 数据输出电路输出电路由八位移位寄存器74LS164、八个彩灯和八个限流电阻构成，寄存器的数据输入端接受数据选择器74LS153输出的数据，接收的这四种码在移位寄存器的八位并行输出端从QA向QH移动，所以八个LED灯按设计要求点亮。其单元电路如下图所示：图4-44.5 总电路结构上面依次分析了各单元电路的功能及电路组成，再把它们有机的组成下来构成一个系统完成彩灯控制器的设计，其电路图如下图所示： 图4-5第五章 实验、调试及测试结果与分析在确定了电路、领好元器件之后，首先对电路进行了布局。采取的方法是分块焊接电路。首先焊接的是

15、时钟电路部分，在焊接完这部分电路之后，用示波器测试时钟电路的输出波形，测试正常，并可通过调节电位器改变时钟信号的频率。在焊接完时钟电路后再依次焊接四花样产生电路、自动变换控制电路和数据输出电路，本次焊接因为采取第焊接一个模块后便测试该模块的方法，所以电路焊接总体来说还是较顺利的，只是在测试四花样产生电路时并没有出现我们组所要的波形，经过反复检查，排除了焊接不合格的可能，最后才发现是电路中有块非门芯片有问题，换了另一个块芯片后电路就能正常工作了。最后将所有模块连接起来后通电发现发光二级管不停地闪烁，不能分辨出是否按要求亮灭，原因是时钟信号频率太高，人眼无法分辨出来，只要调节电位器就可以了。本次设

16、计实现了四花样流水灯的基本要求，既：1、彩灯一亮一灭，从左向右移动2、彩灯两亮两灭，从左向右移动3、四亮四灭，从左向右移动4、从18从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭5、四种花样自动变换；缺点主要有以下几个：1、 这次所焊接的电路由于芯片过多，电路没有布局好；2、 焊接的不够美观，有些地方焊锡过多；3、 电路板上走的导线过多，且导线走的很乱。第六章收获与体会这是一次比较系统的电路设计，是一次将理论与实践相结合的实践。其中包括了电路的设计，资料的查找，分析问题解决问题的能力，甚至还是对焊接技术及审美观念的一个考验。如果不能以一种认真的态度去面对这次实践，而只是简简单单的在书本之中寻找到一个电路图，并

17、将其简单的焊接起来。那就失去了本次电子课设的意义了。已经选择了电子信息工程这一个专业，那就没有任何的理由不去提高自己的动手能力了。本次设计中给我最深的印象是：如何去发现焊好的电路板中存在的问题，记得以前我只是用万用表对照着电路图每个焊点，每根连线来检查，这样不仅难于发现存在的问题，且非常浪费时间，而经过这次课设后我学会了结合示波器和仿真软件来查找电路中存在的错误，这样找起来非常快，但前提是要弄清楚电路的原理及其作用。因为任何电路的设计都不是只存在一个电路。它是有各个小模块组成的，因而在电路的设计中就必须注意将电路模块化。这样才能有针对性的将问题解决。如果我们不将电路模块化，而只是一个劲的将电路

18、焊接好来。只怕当我们焊接完检查电路之时，我们自己都不知道从何处下手。同时，电路的焊接或多或少的存在一些问题，很少在焊接完成的时候，电路不存在任何的问题。在遇到问题时们要做的是去分析问题解决问题，而不是气愤，埋怨。这次在焊接完电路调试的时候看到有些人因为调不出来显得气急败坏，不停地抱怨这抱怨那的。我想作为通信工程专业的一员，在以后的工作中肯定会碰到更多的困难，如果我们不能冷静下来认真思考的话又怎么去解决问题呢。所以我们应该保持冷静的头脑。参考文献1.陈永甫. 新编555 集成电路应用800 例. 成都电子科技大学出版社. 19922.陈有卿，叶桂娟. 555 时基电路原理、设计与应用. 电子工业

19、出版社. 20073.赵珂，彭嵩. 脉冲与数字电路实验指导书. 南昌航空大学电子信息工程学院实验实践中心. 20084.王毓银. 数字电路逻辑设计. 高等教育出版社. 20055.郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计.北京：高等教育出版社，1995.56.阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.5附录一芯片管脚功能图74LS08 管脚图 74LS161管脚图74LS153 管脚图 74LS74管脚图74LS164管脚图 555芯片管脚图附录二元器件清单元件名称元件型号数量备注555174LS161174LS153174LS74174LS164174LS08174LS00174LS861电阻51Kohm1510ohm8瓷片电容10nf10.3uf2电位器200Kohm1发光二级管8附录三PCB图