数电彩灯课程设计报告.docx

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数电彩灯课程设计报告

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

一．设计目的

1．掌握并应用数字电路课程所学的理论知识。

2．了解数字电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。

3．熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。

4．数字电路课程设计为我们提供很好的动手机会实践的机会，增强动手实践的能力。

二．任务和要求

设计一个至少8路移存型彩灯控制器，彩灯用发光二极管LED模拟，具体要求如下：

1．能演示三种花型，花型自拟。

2．选做：

彩灯明暗变换节拍为1.0s和2s，两种节拍交替运行。

3．选做：

用单片机实现彩灯控制器，要求同上。

用可编程逻辑器件实现彩灯控制器，要求同上。

三.总体方案分析与设计

1．总体方案的设计

经过分析问题及初步的整体思考，拟定以下三种方案：

方案一：

总体电路共分三大块。

第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制及节拍控制；第三块实现时钟信号的产生。

花型控制

节拍控制电路

主体框图如图1：

花型演示电路

时钟信号电路

图1

方案二：

在方案一的基础上将整体电路分为四块。

第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。

并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。

主体框图如图2：

图2

方案三：

在方案一，二的基础上将整体电路分为五模块。

第一块实现555输出1HZ的脉冲；第二块74LS74实现二分频；第三块实现74LS161计数器输出控制节拍信号；第四块用74LS151选择提供给其他电路的CP1；第五模块用74LS194移位寄存器输出控制彩灯花型。

并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。

主体框图如图3：

图3

2．方案分析

方案一、二与方案三最大的不同就在，前者将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起，是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因，且原理相对简单。

如此设计，其优点在于：

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。

缺点则是：

中间单元电路连线过于繁多，容易出错。

且可能出现线与线关系。

要避免这些，则势必造成门电路使用过多。

导致电路不稳定，抗干扰能力下降。

而后者则将以上两种功能分开设计，各单元电路只实现一种功能。

其优点在于：

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带来方便。

缺点则是：

节拍控制电路采用可编辑逻辑电路，原理相对复杂，不易理解。

花型控制电路简单，花型也比较简单。

基于以上原因，加上为了成功的实现课程设计，我选择了连线少，易于组装和调试的方案三。

四.总体方案

将整体电路分为五模块。

第一块实现555输出1HZ的脉冲；第二块74LS74实现二分频；第三块实现74LS161计数器输出控制节拍信号；第四块用74LS151选择提供给其他电路的CP1；第五模块用74LS194移位寄存器输出控制彩灯花型。

并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。

设计实现三种花型按节拍循环。

花型一:

共16个节拍，194A和194B全部右移；

花型一:

共8个节拍，194A和194B全部右移；

花型一:

共8个节拍，194A左移、194B右移；

花型如表1:

表1

五.单元电路设计

1.秒脉冲产生电路

将555芯片按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生周期不同的脉冲信号，即不同的频率的脉冲。

本次课程设计需要以秒为单位的脉冲信号，因此利用参数为4.7u和0.1u的2个电容，与参数为4.7k和150k的2个电阻按图4构成电路。

脉冲周期T=0.7×（4.7k+2×150k）×4.7u，约等于1s。

使用主要器件：

555芯片一片、大小为4.7u和0.1u的电容、参数大小为4.7k

和150k的电阻。

图4

2.节拍控制电路

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D0,D2,D3,D4,D5,D6,D7,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=CP·^A+Q·A

（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QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。

电路图如图5:

图5

3.花型控制电路

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。

电路图如图6：

图6

4.花型演示电路

花型一共16个节拍，194A和194B全部右移；

花型一共8个节拍，194A和194B全部右移；

花型一共8个节拍，194A左移、194B右移；

表2花型分析表

由花型分析表得：

图7

六、总体电路图

图8

七、单元电路输出波形图

1．基本CP脉冲产生电路波形图与分频电路波形图

2.测试波形:

（列依次为CP脉冲,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D）

花型一：

花型二：

花型三：

3.74LS194的控制端子S1、S0的波形

4.花型控制信号波形

八.实验仪器设备

1.集成器件：

NE555芯片一片；74LS161两片；74LS194两片；74LS74一片；74LS00一片；74LS04三片；74LS151一片。

2.电容：

4.7uF一个；0.1uF一个。

3.电阻：

4.7k一个；150k一个；100R四个。

4.其他：

发光二极管8六个；导线若干；面包板一块；万用表等。

九、心得体会

本次课程设计我只用了一个星期的时间就全部做完，效率很高，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，正是整个过程我都认真的态度和方案选择合适，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）、巩固数电知识

这次课程设计主要是运用数字电路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。

我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍（这也是对这门课的复习，给以后的复习备考减少了很多负担），这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。

而且还参考了数字电路实验指导书，关于芯片的管脚，里面有清晰的描述。

（二）、学会用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路

虽然这不是第一次用电路板，因为之前的课内实验也用过，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的，用了电路板的很小部分。

这次的实习中应用了整块板子，实习后对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。

实习中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。

在导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路的简捷，宁短勿长，合理布线。

一个完美的作品不仅要能很好的完成要求实现功能，还要在感官上给人美的享受。

所以站在美的角度对自己的电路进行改良是很必要的。

（三）、理论联系实际

据老师介绍，这是大学里唯一一次比较大型的动手实践机会。

我当然不会错过。

课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。

这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。

理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。

有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。

比如在动笔做题时我们是不用考虑导线、电阻是否连接的牢固合理，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。

平时试验中，我就很认真，所以会比平时不动手的要轻松地多。

（四）、和同学共同合作、互相学习、共同进步

最初大家没思路的时候，特别的着急，我想出来了，大家问我，我就说了我的思路，我们不是抄袭，只是探讨，们个人都理解了才开始设计，我做的循环两遍，他们的都不是。

我们的设计不同，我只是给大家启发了一个思考点。

理论上我先设计出来，但在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间，也会从别人身上学到更多。

在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的方案，其他人的设计也可能有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。

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、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Multisim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