四路彩灯课程设计.docx
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四路彩灯课程设计
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
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