四路彩灯设计实验报告.doc
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第一章课程设计内容与要求分析
电子工艺与数字逻辑
课程设计报告
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
撰写日期：
2013.06.09
肇庆学院
计算机学院软件学院
-3-
目录
第一章课程设计内容与要求分析 -2-
1．1任务与要求 -2-
1．2设计要求 -3-
1．3主要设计条件 -3-
第二章设计总思路 -4-
2．1基本原理 -4-
2．2框图 -4-
第三章单元电路设计 -5-
3．1时钟脉冲产生电路 -5-
3．1．1 -5-
3．1．2具体实现 -6-
3．2循环控制电路 -6-
3．2．1 -6-
3．2．2 -7-
3．3彩灯花样输出电路 -7-
3．3．1运用到74LS194功能表 -7-
3．3．2通过12进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 -7-
第四章总电路设计 -9-
第五章实验、调试及测试结果分析 -10-
5．1结果的调试及分析 -10-
5．2调试中出现的故障、原因及排除方法 -10-
5．2．1彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：
-10-
5．2．2彩灯无规律变化：
-10-
5．2．3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：
-10-
第六章课程设计总结 -11-
参考文献 -11-
附录 -11-
第一章课程设计内容与要求分析
1．1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；
4、 功能扩展（自选）
1．2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；
1．3主要设计条件
提供直流稳压电源、示波器、TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线若干。
器件清单：
555定时就器
（1），模十六计数器74LS163
（1），与门74LS09
（2），与非门74LS20
（1），非门74LS04
（2），或门74LS32（5）。
74LS194双向移位寄存器
（1），发光二极管（4），导线若干。
-11-
第二章设计总思路
2．1基本原理
由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。
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进制的计数器控制循环。
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，而且要以相同频率控制CLR’。
可以用一个16进制计数器产生脉冲号一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。
2．2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
第三章单元电路设计
第三章单元电路设计
3．1时钟脉冲产生电路
3．1．1
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
3．1．2
具体实现
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
3．2．1
12进制循环控制电路示意图（74LS161由74163代替）
3．2．2
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）。
3．3彩灯花样输出电路
3．3．1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
3．3．2通过12进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
第四章总电路设计
第五章实验、调试及测试结果分析
5．1结果的调试及分析
（1）调试使用的主要仪器:
数字万用表直流稳压电源示波器函数信号发生器
（2）测试电路的方法和技巧:
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
5．2调试中出现的故障、原因及排除方法
5．2．1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。
5．2．2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和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。
5．2．3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。
第六章课程设计总结
通过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，虽然在此之前我已经学习过了模拟电子技术基础和数字电子技术基础这两门课。
于是我认真地重新查了一遍相关芯片的知识，特别是各种芯片的引脚问题，最后选择合适的芯片设计了四路彩灯的设计图，并在EWB5.2上通过了仿真。
在仿真过程中连线出了些问题，因为不够认真，结点处出现连接搭错线的错误，最后不得不重新检查电路。
其次是电路的实物连接，线路连接比画图更复杂些，因为线路比较多，出错后更不好检查，所以在连接前先要检查芯片、导线等。
在连接的时候也要非常的细心，而且要有耐心，还要按一定的顺序连线，那样方便记忆，不至于因为不必要的重复接线而出错。
整个电路中只要接错一根重要的线，就很可能前功尽弃了。
因此，要学会耐心细致的做一件事，不要毛躁，不要粗心。
最后，我要感谢学校给我们这样的实践机会，也感谢老师在此当中对我们的耐心教导。
总之，这次设计，让我意识到在实践中要特别小心谨慎地对待没一样东西，只有那样才可以避免不必要的物质和时间的浪费，争取获得最大化的效益。
参考文献
《电子技术基础-电路与模拟电子》---------清华大学出版社赵辉主编
《电子技术基础》（数字部分第五版）----------高等教育出版社康华光主编
附录
电路连接实物图
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