彩灯控制器-课程设计报告.doc

题 目 彩灯控制器 姓 名 王琳 院 系 物理工程学院 专 业 通信工程 指导教师 尹慧 职 称 教授 2013年12月 23 日单片机原理与应用课程设计任务书课程设计题目彩灯控制器院（系）物理工程学院专 业通信工程指导教师尹慧职 称教授设计组成员姓 名年 级学 号承担任务王琳20112011412517设实验计电路图，电路仿真，焊接电路一、课程设计内容及任务 设计彩灯控制器，用12路彩灯实现8种花型，要求进行电路仿真，并焊接电路。二、拟达到的设计要求或主要技术指标 12路彩灯能按设计要求正确显示8种花型，并可循环显示，电路焊接工整。三、课程设计总体方案与进度安排查找资料，掌握本次设计所涉及的原理，并自设计电路图-用时5天电路仿真与修改-用时1天电路焊接与调试-用时4天撰写实验报告-用时3天 学生签名： 2013 年12 月 23 日 四、指导教师意见指导教师签名： 年 月 日 单片机原理与应用课程设计评阅表评分项评价内容满分得分设计过程1. 任务分工的合理性和对待课程设计的态度52. 团队协作能力和分析解决问题的能力5软件仿真3. 系统仿真电路设计的合理性与可行性104软件编程与仿真结果的正确性15系统制作5. 系统板制作的难度106. 元器件布局的合理性及焊接的规范性15验收答辩7. 系统功能演示、完成程度及创新性158. 知识掌握程度与回答问题的正确性5设计报告9. 系统设计的合理性与内容的科学性、创新性1010. 文字表达水平、文章的逻辑性与写作规范10合 计100一、指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日 二、课程设计等级 指导教师签名： 年 月 日 注：课程设计等级：优秀（90-100），良好（80-89），中等（70-79），及格（60-69），不及格（60分以下）。（说明：本表供单片机原理与应用课程设计用，以下所有红色、蓝色文字仅供参考，学生在写作设计报告时请保留字体、字号，改写或删除掉文字，黑色文字请保留。每一页的上方(天头)和左侧(订口)分别留边25mm，下方(地脚)和右侧(切口)应分别留边20mm，装订线5 mm，页眉和页脚为0。论文题目使用黑体三号字，正文使用宋体小四号字，行距为单倍行距；一级标题段前段后为0.5行，正文段前段后为0，字符间距为标准。为保证打印效果，学生在打印前，请将全文字体的颜色统一设置成黑色。以上说明参阅后请自行删除，包括本文本框！）（顶头空2行）目 录（4号黑体，居中，自动生成）摘要1关键词1Abstract1Key words1引言（或绪论）11设计任务与方案选择Y1.1设计任务与指标Y1.2系统方案选择 Y1.2.1Y1.2.2Y1.2.3Y1.2.4Y2系统设计Y2.1Y3系统调试 Y（略）X （正文第X章）Y参考文献Y附录A （必要时）Y附录B （必要时）Y图1 （必要时）Y图2 （必要时）Y表1 （必要时）Y表2 （必要时）Y注：1. 目次中的内容一般列出“章”、“节”、“条”三级标题即可；2X、Y表示具体的阿拉伯数字；彩灯控制器通信专业王琳指导教师 尹慧摘要：本次数字电路课程设计我选择的题目是“彩灯控制器”。这个系统的主要功能是自动控制12路彩灯按预设的8种花型进行变换，其中花型自拟；用可编辑逻辑器件实现控制彩灯的亮灭。关键词：彩灯控制器 花型变换 可编辑逻辑器件 控制彩灯的亮灭Lights controllerStudent majoring in Communication engineering wang lin Tutor yin huiAbstract： The digital circuit course design is the topic of my choice lights controller. The main function of this system is automatic control 12 road lights according to preset eight kinds of pattern transformation, the pattern since the fitting; Programmable logic devices to control lights with light out.Key words: Lights controller；Pattern transformation；Programmable logic device；Destroy the light of control lights引言 ：彩灯控制电路在实际生活中应用十分广泛，特别是在广告牌应用中尤为突出。彩灯控制电路的原理与数字电路课程中所学知识联系紧密。它的电路原理能通过一些基本的进行组合来实门电路实现。彩灯控制器是以高低电平来控制彩灯的亮灭，它可以自动控制多路彩灯按不同的节拍循环显示各种灯光变换花型。在彩灯路数较少，花型变换比较简单时，也可以用移位寄存器实现。不同的发光器件功率不同，需要根据实际情况选择性加以驱动电路。1 设计任务与方案选择 11 设计任务与指标设计任务：用彩灯控制电路实现12路彩灯的花型变换。本次设计彩灯路数较少，花型变换简单，故可以用移位寄存器实现。由于用发光二极管LED模拟彩灯，可以不用驱动，在实际应用场合中彩灯可能是功率较大的发光器件，需要加以一定的驱动电路。 111 设计要求设计要求：1.用555定时器设计一个多谐振荡器产生脉冲。 2.主控电路：利用计数器、数据选择器和门电路来控制移位寄存器实现彩灯亮灭。3.焊接电路，撰写设计报告。12 系统方案的设计与选择1 .2 .1 系统方案的设计方案一：用两片74ls194级联，构成移位寄存器，作为花型演示电路；用一片555作时钟信号电路，实现时钟信号的输入；用基本门电路作为花型控制电路。 方案二：用一片74ls194芯片，构成扭环形移位计数器，输出端连接基本门电路，基本电路输出端接led灯作花型控制演示电路；一片555作时钟信号电路；。1 .2 .2 系统方案的选择方案一用两片194级联，利用其右移功能实现花型的控制，而方案二采用一片194将其改为扭环型移位寄存器，较方案一来说，方案二设计联想简单，并且电路相对简单，易于组装电路；而方案一使用基本门电路数目较多焊接难度高，电路不稳定，修改难度大。基于以上原因，我选择使用芯片数量较少的方案二。2 系统设计 21 分析单元电路和选元器件2 . 1. 1设计单元电路所用的元件及工具74LS194（移位寄存器） - 1个；74LS00（两输入与非门） - 1个；74LS04（六非门） - 2个；74HC27（三输入或非门）-1个发光二极管- 12个；555 定时器-1个；电容： 10f -1个；001f -1个；电阻： 150k -8个；10k -1个；滑动变阻器：680k-1个；实验板一个；万用表一个；钳子一个；杜邦线若干。22各个单元电路2. 2. 1花型演示及控制电路 由一片74ls194,将其最高位输出端Q3通过非门后加到Dsr端做输入信号，构成扭环型移位寄存器，利用他的右移功能，所以将194的S0置高电平，将S1置低电平，MR端接高电平，然后将194的Q0Q3输出端通过74ls27、74ls00、74hc04这些基本的门电路后连接12路LED灯，控制不同灯的亮灭以显示花型，实验电路图如2-2-1。花型显示及节拍控制图2-2-12.2.2 节拍控制电路设计 双向移位寄存器74LS194具有5种不同的操作模式，即并行送数寄存，右移（方向由），左移（方向有），保持和清零。、和端的控制作用如表2-2-2，其中、为并行输入端；、为并行输出端；为右移串行输入端；为左移串行输入端；、为操作模式控制端；为直接无条件清零端；为时钟脉冲输入端。 输入 输出 功能说明 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 A 0 B 0 C 0 0 1 D 异步清0 右移 右移 左移 左移 并行输入 保持 表2-2-2 74LS194 控制逻辑表 将移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，就可进行循环移位，如图2-2-3所示。把输出端取反和右移串行输入端相连接，设初始状态=0000，则在时钟脉冲作用下，的变化顺序依次变为：000010001100111011110111001100010000，循环变化，构成循环计数器。 图2-2-3 右移寄存器连接图花型演示及控制电路223 时钟信号电路 由一片555加上适当电容及电阻实现。电容取：10f 0.01uf 电阻取：R1=10 k R2=680 k时钟信号电路图见2-2-4时钟信号电路图2-2-42 3实验设计原理2 .3 .1实验花型设计整体设计呈十字架形式，发光二极管按顺时针方向编码（1 2 3-4 5 6-7 8 9-10 11 12）,编码图见2-3-1，首先让3,4,7,12顺次点亮，然后让1，2同时点亮，顺时针继续，直至发光二极管全部点亮。12310 11 12 4 5 6789发光二极管编码图2-3-12 .3 .2 真值表Q0Q1Q2Q3L1L3L4L5L7L8L10L12000001000000100001100000110001101000111011101001111111101001011111111001001111111101000111111111彩灯控制真值表2-3-2控制逻辑卡诺图及表达式Q2Q3Q0Q100 01 11 100001111001110100图2-3-3L1表达式：L1=Q3Q2Q3Q0Q100 01 11 10 0001111011111111图2-3-4 L3=1Q2Q3Q0Q100 01 11 10 0001111001111111 图2-3-5 L4=Q0+Q3Q2Q3Q0Q100 01 11 10 0001111001111110图2-3-7 L7=Q1+Q3Q2Q3Q0Q100 01 11 100001111001110000图2-3-6 L5=Q0+Q3Q2Q3Q0Q100 01 11 10 0001111001100000图2-3-8 L8=Q1+Q3Q2Q3Q0Q100 01 11 10 0001111001000000图2-3-9 L10=Q2+Q32 .3 .3总电路图Q2Q3Q0Q100 01 11 10 0001111001110110图2-3-10 L12=Q2+Q3总电路图2-3-113 系统调试 31 调试问题1.组装好电路通电后，发现只有发光二级管L3亮，其他的灯都不亮 ；2.不知道出现的问题如何去检查和检查哪一部分电路；3.第一轮用万用表欧姆档测试，就遇了实验板上有插孔不通的情况，导致芯片不能正常工作。4.灯亮灭的时间太长，不符合设计的要求；5.反复几次试验后，发现发光二级管不亮了；6.灯循环亮灭，但不是按照预先设置好的花型亮灭；3. 2问题解决办法1.因为数字电路课程是在大二学年学习的，我有部分知识发生遗忘，所以就需要翻阅相关资料，查文献，又通过上网查找相似案例，了解有哪些可能出现的问题，这些相关问题可能涉及到那部分电路，怎样去检验相关电路是否出现问题等，当然有些没查阅到的问题，通过询问同学并加以讨论，找到答案，没有得到解决的问题，咨询了指导老师。2.加电后，只有L3亮，分析可能的原因是时钟电路脉冲传送不正常，或者194的移位功能不正常，还有原因是基本门电路的输入接线错误等。于是将555的时钟输出端接在万用表上，发现脉冲输出序列正常，证明555定时器没有问题；在检验194输出是否正常，这时发现194输出Q3取反后没有加到其S R端，将电路改正后，发现其他灯实现花型变换。3. 对于检测到插孔不通的现象，相对于别的办法，我选择了导线显示连通，因为其更明晰，更易实现。对于高阻导线则只能换掉。第二轮接电后，用万用表的电压档再测试单元电路的状态。4.对于观察到灯的亮灭时间间隔太长，说明脉冲周期太长，于是我调整滑动变阻器，减小阻值，直到符合设计要求。5.反复几次上电后，发现有些原本亮的发光二极管不亮了，将他们单独接电源上，发现同样不亮，发现等被烧坏了，明白应该加保护电阻，在灯上串联150电阻后，这个问题得以解决。6灯的亮灭顺序不符合设计要求，我检验连线，发现有连线错误后，改正，花型顺序依然不正确，我思考基本门电路芯片有些属于TTL的，有些属于CMOS，对于未用到的端口TTL的可悬空相当与接高电平，而COMS的不能悬空须接地，这些处理可能对实验有影响，于是我做了相关修改，但修改后，花型依然错误。我用万用表逐一检查芯片的每个端口，发现在焊接电路时74LS00的5端和6端连在了一起，而74LS04的5端和所加的排阵没有焊接好，将上述问题改正，上电后，花型符合设计要求。4 总结 41 对数字电路知识的巩固与提高这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个这次设计过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。我在最开始，对相关知识有的部分遗忘了，就将用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍，同时查阅了先关案例，这样的回顾和学习让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的促进作用。4. 2 学会了理论联系实际课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，例如，我们课本上说的电路运行一般都是在理想情况下，不需要加保护电阻等，但在这次设计中，没加保护电阻，却导致灯被烧坏；还有比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。实际生活中不存在理想情况，这就要求我们要有一种理论联系实践的能力。4. 3 学会了如何运用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；这是我第一次使用电路板，对焊接和布线都不熟悉。在这次的课程设计中应用了整块板子，通过亲自动手，逐