数字电子技术课程设计-四路彩灯显示系统.doc

课 程 设 计课程名称 数字电子技术课程设计课题名称 四路彩灯显示系统 专 业 自动化 班 级 三班 学 号 姓 名 指导教师 2011 年 12 月 15日设计内容与设计要求 一、 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q1q4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，q4q1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，q1q4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）二、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；主要设计条件1 提供直流稳压电源、示波器； 2 提供 ttl集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。说明书格式1、 课程设计封面；2、 课程设计任务书；3、 说明书目录；4、 设计总体思路，基本原理和框图；5、 单元电路设计（各单元电路图）；6、 总电路设计（总电路图）；7、 安装、调试步骤；8、 故障分析与电路改进；9、 总结与设计调试体会；10、 附录（元器件清单）；11、 参考文献；12、 课程设计成绩评分表。进 度 安 排 第一周 星期一 上午 安排任务、讲课。 星期一 星期五上午 查资料、设计第二周1、 计算机仿真2、 测试元器件3、 调试单元电路4、 调试总电路5、 调试验收6、 写课程设计报告书 星期五下午 答辩地 点：实验楼四楼 电子综合实验室目 录一、设计任务7二、设计要求8三、设计总思路91、基本原理92、框图10四、单元电路设计111、时钟脉冲产生电路112、具体实现133、循环控制电路144、具体实现：14五、彩灯花样输出电路151、运用到74ls194功能表152、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及其端真值表163、彩灯花样输出电路接线图17六总电路设计18七、实验、调试及测试结果分析19结果的调试及分析19（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19（2）测试电路的方法和技巧:19调试中出现的故障、原因及排除方法：19八、总结与设计调试体会21九、附录231、元器件清单：232、参 考 文 献23电气与信息工程系课程设计评分表24一、设计任务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q1q4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，q4q1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，q1q4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）二、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；三、设计总思路根据课程设计课题要求，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。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信号，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、框图移位计数器74ls19112进制循环控制器多 谐 振 荡 器彩 灯 显 示 输 出16进制分频计数器四、单元电路设计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=1k ， r2=20k ， c=0.01f由公式（1-1）计算得：t=0.287s图. 时钟电路2、具体实现 74ls161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、循环控制电路 12进制循环控制电路示意图(74ls161由74163代替)4、具体实现：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00001011，检测1100（异步清零）。五、彩灯花样输出电路1、运用到74ls194功能表输 入输 出功 能/crs1s0cpslsrd0 d1 d2 d3q0 q1 q2 q300000清 零111d0d1d2d3d0d1d2d3送 数10111q0nq1nq2n右 移1100q1nq2nq3n0左 移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及其端真值表clk时间节拍qdqcs0s1srsl74ls194动作0脉冲b1第一节拍00101*右移112001023001034001045第二节拍0101*0左移05601016701017801018脉冲a9第三节拍1011*送清零9101110101011111011121113141215由上表由：clr（*a+qd）进一步分析可知脉冲控制：（*a+qd）*+b3、彩灯花样输出电路接线图六总电路设计七、实验、调试及测试结果分析结果的调试及分析（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。调试中出现的故障、原因及排除方法：（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74ls和非门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进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于进制，导致有放空时间。应该检查是否正常工作，确保能实现进制计数。 八、总结与设计调试体会两周的实习很快就过去了，在这次实习中我学到了很多东西，当然也有专业知识之外的其他东西。在这两个周里，我又一次运用了所学知识，进一步了解到自己所学的知识的作用。下面是我这两周以来的心得体会。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。当然，和别人的合作也非常重要。将来走入社会，能否找到好工作，或者说事业顺利，团队合作占了很重的分量，而当今社会，很多公司、企业都非常重视团队合作精神。最后，我要感谢学校给我们这样的实践机会，也感谢老师在这两周对我们的耐心教导。总之，这次设计，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。九、附录1、元器件清单：555定时就器，模十六计数器74ls161， 与门74ls09，与非门74ls20，非门74ls04，或门74ls32。74ls194双向移位寄存器，发光二极管等。2、参 考 文 献电子技术课程设计历雅萍、易映萍编电子技术课程设计指导 彭介华、主编 高