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XXXX大學(xué) 數(shù)字邏輯課程設(shè)計報告 ——多路彩燈控制器 學(xué)院名稱 ： 學(xué)生姓名 ： 專業(yè)名稱 ： 班 級 ： 實習(xí)時間 ： 多路彩燈控制器的設(shè)計 一、課程設(shè)計題目（與目的） （一）多路彩燈控制器 （二）課程設(shè)計目的 1、進一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識； 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，進一步學(xué)會使用其進行電路設(shè)計； 3、了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和方法，學(xué)會科學(xué)分析和解決問題； 4、培養(yǎng)認真嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實事求是的工作態(tài)度； 5、數(shù)電課程設(shè)計可以增強我們的動手實踐能力。 二、任務(wù)和要求 彩燈控制器可以自動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控制彩燈的亮滅。實現(xiàn)彩燈控制可以采用EPROM編程、RAM編程、可編程邏輯器件、單片機等實現(xiàn)。在彩燈路數(shù)較少，花型變換比較簡單時，也可以用移位寄存器實現(xiàn)。 （1） 彩燈控制器設(shè)計要求 設(shè)計一個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)拍交替運行。 （二）課程設(shè)計的總體要求 1、電路設(shè)計盡可能簡化，做到模塊。組裝電路時，先單獨組裝振蕩電路，測試無誤后，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，請按實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，會造成邏輯錯誤。 三、總體方案的選擇 針對題目設(shè)計要求，通過分析問題和思考，設(shè)計出如下方案： （一）整體功能的實現(xiàn)需要四個模塊來實現(xiàn)：花型的演示、花型的控制，節(jié)拍的控制，時鐘信號的產(chǎn)生。 （二）主題框圖如下： 花型控制 花型演示 節(jié)拍控制 時鐘信號 （三）各模塊簡要設(shè)計思路： 時鐘信號電路：時鐘信號的產(chǎn)生由一個555多頻振蕩器來實現(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，它可實現(xiàn)二分頻； 花型控制電路：由兩個74LS161（四位二進制同步計數(shù)器）完成； 花型演示電路：由兩個74LS194（雙向移位寄存器）來實現(xiàn)。 四、單元電路的設(shè)計 （一）設(shè)計所需的器件 表一 器件型號 數(shù)量 器件型號 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 萬用表 1 導(dǎo)線 若干 （二）各個功能單元 1、脈沖產(chǎn)生模塊 由一片555芯片及適當(dāng)電容和電阻既可實現(xiàn)。時鐘信號電路圖如下： 2、 節(jié)拍控制模塊 由一片74LS151和一片74LS74級聯(lián)實現(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，接時鐘信號的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，記錄上一個狀態(tài)，所以在每一個CP脈沖的上升沿，Q輸出作為上一次的記錄，即為一個脈沖。也就比時鐘信號電路的CP慢了一拍。所以通過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)達到第64拍時，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，級聯(lián)成為一個模為64的計數(shù)器，當(dāng)為1時重新計數(shù)。通過此模塊可產(chǎn)生對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級聯(lián)實現(xiàn)，八個輸出信號端（低位片和高位片）連接八個發(fā)光二極管，用其輸出信號控制發(fā)光二級管的亮滅來實現(xiàn)花型演示。 六種花型變換樣式： 花型1：從左至右依次點亮，全亮后，再從左至右依次熄滅； 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：從兩邊到中間對稱地逐個漸亮，全亮后由兩邊到中間順次漸滅； 花型4：從右至左順次點亮，全亮后，再從右至左順次熄滅； 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：從中間到兩邊對稱地逐個漸亮，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個節(jié)拍，第二種8個節(jié)拍，第三種8個節(jié)拍，第四種16個節(jié)拍，第五種8個節(jié)拍，第六種8個節(jié)拍；之后每個花型節(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)拍第一種花型開始，如此循環(huán)。 要用194實現(xiàn)將六個花型的連續(xù)顯示時，必須通過兩片74LS161的輸出來控制對兩片194的S1、S0和SL、SR。下表列出了六種花型和其對應(yīng)的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號。如下表： 表三 六種花型對應(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CP的16、32、64分頻可畫出對應(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．畫總體電路圖 經(jīng)過上面的分析得到了如下的電路： 六、電路組裝完成后，實際測量的各個單元電路的輸入、輸出信號波形。 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)試過程中發(fā)生的問題及解決的方法 這個數(shù)字電路課程設(shè)計總共用了6天的時間完成，這幾天都在學(xué)習(xí)思考和實踐中都有所收獲。 1、 第一天就拿到了題目，倒是在具體設(shè)計電路時出現(xiàn)了疑惑。用194去實現(xiàn)一個花型很簡單，但是要同時實現(xiàn)3-6個還是有難度的，是通過151實現(xiàn)嗎？經(jīng)過思考沒有得到解決，只覺得161的計數(shù)器如果不去控制194的變化，那他的價值就不大，接下來我看了一些書籍，大概有了自己思路，于是開始設(shè)計。整個設(shè)計過程用了周二一整天。 2、 周三的時候開始連線。我嚴格按照試驗要求。組裝電路時，先單獨組裝振蕩電路，測試無誤后，再組裝其他模塊。當(dāng)這天結(jié)束的時候，前三個模塊已經(jīng)沒有問題，但是花型出來時亂的，在經(jīng)過多次用萬用表測量后，發(fā)現(xiàn)，大部分都是因為接觸不良引起。經(jīng)過重新擺放芯片的位置，避開面包板上的接觸不良的地方，解決了部分問題。但是花型還是沒有按照設(shè)計的顯示出來，經(jīng)過跟同學(xué)討論，發(fā)現(xiàn)我設(shè)計的電路有些復(fù)雜，有些部分是可以簡化處理的。而且芯片的布局不是很合理，導(dǎo)致線比較亂。 3、 周四的時候我把我的電路重新設(shè)計了一下，然后拆掉原先所有芯片跟導(dǎo)線，然后經(jīng)過合理的設(shè)計之后重新放置芯片，按照新的設(shè)計連接導(dǎo)線。 4、 第五天，電路已經(jīng)連接完畢，但是還是會出現(xiàn)問題。于是開始調(diào)試，在調(diào)試過程中，第一次用萬用表歐姆檔測試，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)過一系列的調(diào)試，終于出現(xiàn)了六種花型。 5、 在老師驗收的時候，發(fā)現(xiàn)花型前三個跟后三個節(jié)拍不同，然后我就把板子拿下來認真思考檢查，最終發(fā)現(xiàn)時151的輸入A端接法錯誤，經(jīng)過修改之后，演示的結(jié)果與設(shè)計完全相同。這也就標(biāo)志著我實習(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)計中我收獲了很多，可以總結(jié)為以下幾點： （一）鞏固數(shù)電知識 這次課程設(shè)計主要是運用數(shù)字電路邏輯設(shè)計的一些相關(guān)知識，在整個實習(xí)過程中，都離不開對數(shù)字電路課程知識的再次學(xué)習(xí)。我在最開始，就先將實習(xí)用到的知識通過翻閱數(shù)電書回顧一遍。這樣的回顧讓我對知識的理解更加透徹，對后來的快速設(shè)計起了很好的鋪墊作用。 （2） 學(xué)會用電路板、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)時的運用也只是插些導(dǎo)線和電阻電容，沒用充分利用此資源。這次的實習(xí)中應(yīng)用了整個板子，實習(xí)后對電路板的組成又了解了許多，并能熟練運用。實習(xí)中通過對電路的連接也懂得了如何通過設(shè)計的分析對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捷。 （3） 和同學(xué)共同合作、相互學(xué)習(xí)、共同進步 在設(shè)計過程中經(jīng)常會遇到一些自己可能暫時無法想明白的問題，請教同學(xué)或老師是很好的做法，節(jié)省時間，也會從別人身上學(xué)到更多。 九、參考文獻 <<數(shù)字電路邏輯設(shè)計>> 高等教育出版社 王毓銀編 <<數(shù)字邏輯系統(tǒng)與設(shè)計>> 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 過程考核及成績鑒定表 學(xué)生姓名 薛曉婷 班級/學(xué)號 信工1003班（03104085） 承擔(dān)任務(wù)實驗室（單位） 電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)部 所在部門 電子工程學(xué)院 實施時間 2012年 6 月18日 — 2012年 6月29日 課程設(shè)計過程 要求 優(yōu) 良 中 及格 不及格 電路功能 花型種類 移動方向 移動速度 其它 電路質(zhì)量 電路運行穩(wěn)定 元件布局合理 連線簡潔 回答問題 分析問題、解決問題能力 電路原理清楚，能抓住重點 設(shè)計報告 設(shè)計思路清晰、圖表齊全、各部分電路說明正確。 學(xué)習(xí)態(tài)度 □認真 □一般 □差 學(xué)習(xí)紀律 □好 □一般 □差 實習(xí)綜合成績 □優(yōu)秀 □良好 □中等 □及格 □不及格 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日