八路彩灯课程设计--八路彩灯控制器的设计.doc

课程设计报告课 程: 数字电路题 目: 八路彩灯控制器的设计院 系: 物理与电子信息学院 专 业: 2011级电子信息科学与技术学 号: 指导教师: 20111302031姓 名: 李俊 完成日期: 2008 年 6 月 22 日 摘 要：本次八路彩灯电路的制作主要采用74LS194芯片接成扭环形结构的移位寄存器来实现，通过555定时电路组成多谢振荡电路。整个电路主要由移位寄存器、控制电路、脉冲发生器构成8个彩灯的循环控制，并且可以组成多种花型。 关键词： 控制 、循环 、555定时电路一、设计内容与设计要求1. 设计目的学会将一个实际情况抽象为逻辑电路的逻辑状态的方法。掌握计数、译码、显示综合电路的设计与调试方法。掌握实际输出电路不同要求的实现方法。2.设计任务 八路彩示系统，该系统实现以下功能：八路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。八路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。八路彩灯同时亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒，反复4次。3.设计要求确定总体设计方案画出总方框图，确定各单元电路的功能，进行单元电路的设计，画出逻辑图。选择元器件型号。画出总逻辑图和装配图，并在实验板上组装电路。进行电路调试，使其达到设计要求。写出总结报告。4. 参考器件 555定时器、计数器、双向移位寄存器、显示译码管、数码显示管、发光二极管及一些门电路等。二、总体设计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74LS163分频实现，循环控制电路由74LS163和74LS10实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。三、总体设计原理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20秒，故需要一个20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20进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。2.设计框图移位计数器74LS19420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 图13.总逻辑电路原理图 图2四、各单元电路设计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(5-1)控制74LS163模十六计数器电阻值和电容值可设为：R1=1K ， R2=17.4K ， C=0.01F由公式（1-1）计算得：T=0.2506S 图32.多谐振荡器用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74LS163模十六计数器，74LS163A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。 图43.20进制循环控制电路图54.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CLR，将计数器清零。此处工作状态从0000010011，检测10100（异步清零）。5.彩灯花样输出电路：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 表1通过20进制计数器的输出端的E、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QEQDS0S1SRSL74LS194动作0 脉冲B1 第一节拍00101*右移112001023001034001045001056001067001078001081HZ脉冲B9第二节拍0101*0左移0910010110110101111201011213010113140101141501011516010116脉冲A17第三节拍1011*送清零17101118181011191011201921222023表2由上表得：DEDCLR（E*A+QE）进一步分析可知脉冲控制：（E*A+QE）*E+B五、实验、调试及测试结果分析1结果的调试及分析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。2.调试中出现的故障、原因及排除方法：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20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。彩灯无规律变化：原因可能是20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、 QE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。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20进制计数器没有正确接线，实际控制循环的进制大于20进制，导致有放空时间。应该检查3输入与非门是否正常工作，确保能实现20进制计数。六、总结实验问题与解决方法问题1:不了解面包板的内部结构，不了解面包板的基本使用方法和技巧；解决办法：使用万用表的电阻档检查面包板的各个孔的连接关系，两个孔之间没有电阻或者电阻很小则说明内孔相连；查找面包板的使用资料，学习基本使用方法。基本使用方是一般不飞线，不相交，一个空不接两条线，只能90度转弯。使用技巧：一般条形面包板的两侧作为电源端和接地端，可以更方便的连线。为了加快和更准确的连接各器件的端口，可以先使用面包板的纸质图纸，在纸上先把各个器件排布好，模拟连线，所有线模拟好在看图连线， 问题二：线路复杂，检查困难。解决方法：只用万用表的电阻档，两表笔接在相应的端口上，电阻很小或者没有电阻，这说明线路连通。问题三：怎么检查每个芯片都工作？解决方法：用万用表的电压档检查每个芯片的电源端是否有vcc一样的电压，接地端是否都接地了，实验图上部分芯片并没有标注电源端和地端的接口，要自行加上。用led去检查输入输出端是否有相应的响应，例如输入端是5赫兹的脉冲，接上led后应该是每秒闪烁五次，如果现象不对应该检查脉冲输出的芯片，用相同的方法检车脉冲部分，如此类推。问题四：八个彩灯只渐亮和渐灭，之后就是常亮4秒，不符合闪烁4次的规则。解决方法：第一步：闪烁是由clr端控制的，CLR（E*A+QE），彩灯逐渐灭后，QE为1，所以CLR=A，把led插在A端，检查A是否为2赫兹的脉冲，led的确每秒闪烁两次，说明了A没问题；第二步：同样的方法检查QE，QE也正常，在检查起反相作用的74ls04n的1y输出端，1y为0，74ls09n故没问题；第三步检查起相加作用的74ls32n的1a，1b，1y，发现1y=0,1a=o，1b=0，这说明相与作用正常，问题发生在1b，1b=E*A，应该是0和1交替出现，所以问题必定在相与的芯片上，即为74ls09n；第四步，检查74ls09的输出端，没有输出，检查连线也正确，怀疑是芯片有问题。把芯片独立出来检查芯片功能，芯片没有相与功能，可能是芯片损坏，更换芯片，更换后也没有相与功能，说明74ls09n不能完成相与功能，解决方法是找替代芯片。经查找，74ls08与74ls09功能一致，引脚排布一致，可替换。更换以后有了闪烁的现象；问题五:有时有现象，有时没有，怀疑是接触不良。