數(shù)字電路設(shè)計(jì)報(bào)告-多路彩.doc
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XXXX大學(xué) 數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告 ——多路彩燈控制器 學(xué)院名稱(chēng) : 學(xué)生姓名 : 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) : 班 級(jí) : 實(shí)習(xí)時(shí)間 : 多路彩燈控制器的設(shè)計(jì) 一、課程設(shè)計(jì)題目(與目的) (一)多路彩燈控制器 (二)課程設(shè)計(jì)目的 1、進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí); 2、熟悉各種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用,并掌握其工作原理,進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì); 3、了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法,學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問(wèn)題; 4、培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度; 5、數(shù)電課程設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)我們的動(dòng)手實(shí)踐能力。 二、任務(wù)和要求 彩燈控制器可以自動(dòng)控制多路彩燈按不同的節(jié)拍循環(huán)顯示各種燈光變換花型。彩燈控制器是以高低電平來(lái)控制彩燈的亮滅。實(shí)現(xiàn)彩燈控制可以采用EPROM編程、RAM編程、可編程邏輯器件、單片機(jī)等實(shí)現(xiàn)。在彩燈路數(shù)較少,花型變換比較簡(jiǎn)單時(shí),也可以用移位寄存器實(shí)現(xiàn)。 (1) 彩燈控制器設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)8路移存型彩燈控制器,彩燈用發(fā)光二極管LED模擬,具體要求如下: 1、能演示三種或三種以上花型,花型自擬。 2、選做:彩燈明暗變換節(jié)拍為1.0s和2.0s,兩種節(jié)拍交替運(yùn)行。 (二)課程設(shè)計(jì)的總體要求 1、電路設(shè)計(jì)盡可能簡(jiǎn)化,做到模塊。組裝電路時(shí),先單獨(dú)組裝振蕩電路,測(cè)試無(wú)誤后,再組裝其他模塊。 2、所有發(fā)光二極管都要接限流電阻。阻值在100-500Ω之間。 3、所有器件的多余輸入端不允許懸空,請(qǐng)按實(shí)際情況做合適的處理。 4、電路中的高電平正常情況下>3V,低電平正常情況下<0.4V。介于二者之間的電平為非正常電平,會(huì)造成邏輯錯(cuò)誤。 三、總體方案的選擇 針對(duì)題目設(shè)計(jì)要求,通過(guò)分析問(wèn)題和思考,設(shè)計(jì)出如下方案: (一)整體功能的實(shí)現(xiàn)需要四個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn):花型的演示、花型的控制,節(jié)拍的控制,時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生。 (二)主題框圖如下: 花型控制 花型演示 節(jié)拍控制 時(shí)鐘信號(hào) (三)各模塊簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)思路: 時(shí)鐘信號(hào)電路:時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生由一個(gè)555多頻振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn); 節(jié)拍控制電路:節(jié)拍變化由74LS151八選一數(shù)據(jù)選擇器完成,節(jié)拍的快慢變化可由74LS74雙上升沿D觸發(fā)器完成,它可實(shí)現(xiàn)二分頻; 花型控制電路:由兩個(gè)74LS161(四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器)完成; 花型演示電路:由兩個(gè)74LS194(雙向移位寄存器)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 四、單元電路的設(shè)計(jì) (一)設(shè)計(jì)所需的器件 表一 器件型號(hào) 數(shù)量 器件型號(hào) 數(shù)量 74LS00 5 4.7μf 1 74LS04 1 0.01μf 1 74LS20 1 150kΩ 1 74LS74 1 4.7kΩ 1 74LS151 1 100Ω 2 74LS161 2 面包板 1 74LS194 2 剝線鉗 1 555 1 萬(wàn)用表 1 導(dǎo)線 若干 (二)各個(gè)功能單元 1、脈沖產(chǎn)生模塊 由一片555芯片及適當(dāng)電容和電阻既可實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘信號(hào)電路圖如下: 2、 節(jié)拍控制模塊 由一片74LS151和一片74LS74級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)節(jié)拍的快慢交替。 讓74的Vcc、CLR、PR都接高電平,將的輸出端接到D端,Q的輸出端接到151的端。令151的B、C、接低電平,接時(shí)鐘信號(hào)的CP脈沖,A端接由花型控制電路的D1輸出。所以=+。 D觸發(fā)器具有記憶的功能,記錄上一個(gè)狀態(tài),所以在每一個(gè)CP脈沖的上升沿,Q輸出作為上一次的記錄,即為一個(gè)脈沖。也就比時(shí)鐘信號(hào)電路的CP慢了一拍。所以通過(guò)A為0或1選擇Y端輸出的脈沖的頻率。A端接的是161的,即當(dāng)達(dá)到第64拍時(shí),節(jié)拍由慢一拍,到第128拍恢復(fù),如此循環(huán)。節(jié)拍控制電路如下圖: 3、花型控制模塊 用兩片161,級(jí)聯(lián)成為一個(gè)模為64的計(jì)數(shù)器,當(dāng)為1時(shí)重新計(jì)數(shù)。通過(guò)此模塊可產(chǎn)生對(duì)CP的16、32和64分頻。 花型控制電路如下圖: 4、花型演示模塊 由二片194級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn),八個(gè)輸出信號(hào)端(低位片和高位片)連接八個(gè)發(fā)光二極管,用其輸出信號(hào)控制發(fā)光二級(jí)管的亮滅來(lái)實(shí)現(xiàn)花型演示。 六種花型變換樣式: 花型1:從左至右依次點(diǎn)亮,全亮后,再?gòu)淖笾劣乙来蜗纾? 花型2:八路燈分成兩半,分別從左至右漸亮;全亮后,再分別從左至右熄滅; 花型3:從兩邊到中間對(duì)稱(chēng)地逐個(gè)漸亮,全亮后由兩邊到中間順次漸滅; 花型4:從右至左順次點(diǎn)亮,全亮后,再?gòu)挠抑磷箜槾蜗纾? 花型5:八路燈分成兩半,分別從右至左漸亮;全亮后,再分別從右至左熄滅; 花型6:從中間到兩邊對(duì)稱(chēng)地逐個(gè)漸亮,全亮后由中間到兩邊順次漸滅。 表二 移位寄存器輸出狀態(tài)編碼表 時(shí)鐘節(jié)拍 花型1 花型2 花型3 花型4 花型5 花型6 1 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 2 1000 0000 1000 1000 1000 0001 0000 0001 0001 0001 0001 1000 3 1100 0000 1100 1100 1100 0011 0000 0011 0011 0011 0011 1100 4 1110 0000 1110 1110 1110 0111 0000 0111 0111 0111 0111 1110 5 1111 0000 1111 1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 1111 1111 6 1111 1000 0111 0111 0111 1110 0001 1111 1110 1110 1110 0111 7 1111 1100 0011 0011 0011 1100 0011 1111 1100 1100 1100 0011 8 1111 1110 0001 0001 0001 1000 0111 1111 1000 1000 1000 0001 9 1111 1111 1111 1111 10 0111 1111 1111 1110 11 0011 1111 1111 1100 12 0001 1111 1111 1000 13 0000 1111 1111 0000 14 0000 0111 1110 0000 15 0000 0011 1100 0000 16 0000 0001 1000 0000 注:六種花型總的節(jié)拍為64,第一種16個(gè)節(jié)拍,第二種8個(gè)節(jié)拍,第三種8個(gè)節(jié)拍,第四種16個(gè)節(jié)拍,第五種8個(gè)節(jié)拍,第六種8個(gè)節(jié)拍;之后每個(gè)花型節(jié)拍都慢一倍,就是128拍,當(dāng)六種花型分別快節(jié)拍、慢節(jié)拍演示完后,又從快節(jié)拍第一種花型開(kāi)始,如此循環(huán)。 要用194實(shí)現(xiàn)將六個(gè)花型的連續(xù)顯示時(shí),必須通過(guò)兩片74LS161的輸出來(lái)控制對(duì)兩片194的S1、S0和SL、SR。下表列出了六種花型和其對(duì)應(yīng)的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號(hào)。如下表: 表三 六種花型對(duì)應(yīng)194的部分管腳取值 花型 節(jié)拍數(shù) 194(1) 194(2) 一 16 0 1 0 1 二 8 0 1 0 1 三 8 0 1 1 0 四 16 1 0 1 0 五 8 1 0 1 0 六 8 1 0 0 1 由此表和161產(chǎn)生的對(duì)CP的16、32、64分頻可畫(huà)出對(duì)應(yīng)194的S1、S0和SL、SR的波形圖。如下圖: 由此波形圖可得出對(duì)應(yīng)194的S1、S0、SL、SR的卡諾圖 00 01 11 10 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 00 01 11 10 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 00 01 11 10 0 1 00 01 11 10 0 1 00 01 11 10 0 1 00 01 11 10 0 1 由上述卡諾圖可得194的部分控制端邏輯函數(shù),如下圖: 194(1) 194(2) = =++ = = =+ =+ =+ =+ 綜上,可得花型演示電路,如下圖: 五.畫(huà)總體電路圖 經(jīng)過(guò)上面的分析得到了如下的電路: 六、電路組裝完成后,實(shí)際測(cè)量的各個(gè)單元電路的輸入、輸出信號(hào)波形。 1、CP脈沖產(chǎn)生電路波形圖與分頻電路波形圖 2、花型1的波形(從上到下,依次為CP、LED1~LED8) 3、 花型2的波形(從上到下,依次為CP、LED1~LED8) 4、 花型3的波形(從上到下,依次為CP、LED1~LED8) 5、 花型3的波形(從上到下,依次為CP、LED1~LED8) 6、 花型3的波形(從上到下,依次為CP、LED1~LED8) 7、花型3的波形(從上到下,依次為CP、LED1~LED8) 七、電路組裝、調(diào)試過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題及解決的方法 這個(gè)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)總共用了6天的時(shí)間完成,這幾天都在學(xué)習(xí)思考和實(shí)踐中都有所收獲。 1、 第一天就拿到了題目,倒是在具體設(shè)計(jì)電路時(shí)出現(xiàn)了疑惑。用194去實(shí)現(xiàn)一個(gè)花型很簡(jiǎn)單,但是要同時(shí)實(shí)現(xiàn)3-6個(gè)還是有難度的,是通過(guò)151實(shí)現(xiàn)嗎?經(jīng)過(guò)思考沒(méi)有得到解決,只覺(jué)得161的計(jì)數(shù)器如果不去控制194的變化,那他的價(jià)值就不大,接下來(lái)我看了一些書(shū)籍,大概有了自己思路,于是開(kāi)始設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程用了周二一整天。 2、 周三的時(shí)候開(kāi)始連線。我嚴(yán)格按照試驗(yàn)要求。組裝電路時(shí),先單獨(dú)組裝振蕩電路,測(cè)試無(wú)誤后,再組裝其他模塊。當(dāng)這天結(jié)束的時(shí)候,前三個(gè)模塊已經(jīng)沒(méi)有問(wèn)題,但是花型出來(lái)時(shí)亂的,在經(jīng)過(guò)多次用萬(wàn)用表測(cè)量后,發(fā)現(xiàn),大部分都是因?yàn)榻佑|不良引起。經(jīng)過(guò)重新擺放芯片的位置,避開(kāi)面包板上的接觸不良的地方,解決了部分問(wèn)題。但是花型還是沒(méi)有按照設(shè)計(jì)的顯示出來(lái),經(jīng)過(guò)跟同學(xué)討論,發(fā)現(xiàn)我設(shè)計(jì)的電路有些復(fù)雜,有些部分是可以簡(jiǎn)化處理的。而且芯片的布局不是很合理,導(dǎo)致線比較亂。 3、 周四的時(shí)候我把我的電路重新設(shè)計(jì)了一下,然后拆掉原先所有芯片跟導(dǎo)線,然后經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)之后重新放置芯片,按照新的設(shè)計(jì)連接導(dǎo)線。 4、 第五天,電路已經(jīng)連接完畢,但是還是會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。于是開(kāi)始調(diào)試,在調(diào)試過(guò)程中,第一次用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)試,就知道了電路板上有插孔不通的情況,導(dǎo)致芯片不能正常工作。經(jīng)過(guò)一系列的調(diào)試,終于出現(xiàn)了六種花型。 5、 在老師驗(yàn)收的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)花型前三個(gè)跟后三個(gè)節(jié)拍不同,然后我就把板子拿下來(lái)認(rèn)真思考檢查,最終發(fā)現(xiàn)時(shí)151的輸入A端接法錯(cuò)誤,經(jīng)過(guò)修改之后,演示的結(jié)果與設(shè)計(jì)完全相同。這也就標(biāo)志著我實(shí)習(xí)的成功,心中很有成就感。 八、分析和總結(jié) 從本次課程設(shè)計(jì)中我收獲了很多,可以總結(jié)為以下幾點(diǎn): (一)鞏固數(shù)電知識(shí) 這次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí),在整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程中,都離不開(kāi)對(duì)數(shù)字電路課程知識(shí)的再次學(xué)習(xí)。我在最開(kāi)始,就先將實(shí)習(xí)用到的知識(shí)通過(guò)翻閱數(shù)電書(shū)回顧一遍。這樣的回顧讓我對(duì)知識(shí)的理解更加透徹,對(duì)后來(lái)的快速設(shè)計(jì)起了很好的鋪墊作用。 (2) 學(xué)會(huì)用電路板、芯片、導(dǎo)線等組裝各種功能的電路 雖然這不是第一次用電路板,但當(dāng)時(shí)的運(yùn)用也只是插些導(dǎo)線和電阻電容,沒(méi)用充分利用此資源。這次的實(shí)習(xí)中應(yīng)用了整個(gè)板子,實(shí)習(xí)后對(duì)電路板的組成又了解了許多,并能熟練運(yùn)用。實(shí)習(xí)中通過(guò)對(duì)電路的連接也懂得了如何通過(guò)設(shè)計(jì)的分析對(duì)所連電路的整體布局,如何更好地放置芯片在最合適的位置。在導(dǎo)線的連接上,如何選擇導(dǎo)線走向是關(guān)鍵,我們應(yīng)該盡量保證所連電路的簡(jiǎn)捷。 (3) 和同學(xué)共同合作、相互學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步 在設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到一些自己可能暫時(shí)無(wú)法想明白的問(wèn)題,請(qǐng)教同學(xué)或老師是很好的做法,節(jié)省時(shí)間,也會(huì)從別人身上學(xué)到更多。 九、參考文獻(xiàn) <<數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)>> 高等教育出版社 王毓銀編 <<數(shù)字邏輯系統(tǒng)與設(shè)計(jì)>> 科學(xué)出版社 徐維 編 西安郵電大學(xué) 數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì) 過(guò)程考核及成績(jī)鑒定表 學(xué)生姓名 薛曉婷 班級(jí)/學(xué)號(hào) 信工1003班(03104085) 承擔(dān)任務(wù)實(shí)驗(yàn)室(單位) 電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)部 所在部門(mén) 電子工程學(xué)院 實(shí)施時(shí)間 2012年 6 月18日 — 2012年 6月29日 課程設(shè)計(jì)過(guò)程 要求 優(yōu) 良 中 及格 不及格 電路功能 花型種類(lèi) 移動(dòng)方向 移動(dòng)速度 其它 電路質(zhì)量 電路運(yùn)行穩(wěn)定 元件布局合理 連線簡(jiǎn)潔 回答問(wèn)題 分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力 電路原理清楚,能抓住重點(diǎn) 設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)思路清晰、圖表齊全、各部分電路說(shuō)明正確。 學(xué)習(xí)態(tài)度 □認(rèn)真 □一般 □差 學(xué)習(xí)紀(jì)律 □好 □一般 □差 實(shí)習(xí)綜合成績(jī) □優(yōu)秀 □良好 □中等 □及格 □不及格 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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