八路彩灯课程设计八路彩灯控制器的设计

1、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: 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

2、。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

3、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

4、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. 设计框图图 13. 总逻辑电路原理图移位计数器74ls194 20 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u174163nqa14qb13qc12qd11rco15a3b4c5d6enp7ent10load9clr1clk2u274163nqa14qb13qc12qd11rco15a3b4c5d6enp7ent10load9clr1clk2u474194na3b4c5d6sl7qa15qb14qc13qd12sr2cl

5、r1s09s110clk11u574ls04n1a1y2a2y3a3ygnd 4y4a5y5a6y6avccu674ls09n1a1b1y2a2b2ygnd 3y3a3b4y4a4bvccu774ls32n1a1b1y2a2b2ygnd 3y3a3b4y4a4bvccvcc5vvcc5vgndgnd2x1 2.5 vx2 2.5 vx3 2.5 vx4 2.5 v12131416175gndgndu1074194na3b4c5d6sl7qa15qb14qc13qd12sr2clr1s09s110clk11x5 2.5 vx6 2.5 vx7 2.5 vx8 2.5 vgnd11102324x9

6、 2.5 vx10 2.5 v2021u374163nqa14qb13qc12qd11rco15a3b4c5d6enp7ent10load9clr1clk243vcc15gnd25229u8a74s10d19678vccu9lm555cmgnd1dis7out3rst4vcc8thr6con5tri2c110ufc210nfr1 1kr217.4k vcc5vgnd2627gndvcc181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

7、电阻值和电容值可设为：r1=1k ， r2=17.4k ， c=0.01 f 由公式（ 1-1 ）计算得： t=0.2506s 图 3 2. 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 4 3.20 进制循环控制电路图 5 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clr ，将计数器清零。此处工作状态从0000010011，检测

8、 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/cr s1 s0 cp sl sr d0 d1 d2 d3 q0 q1 q2 q3 0 0 0 0 0 清 零1 1 1 d0 d1 d2 d3 d0 d1 d2 d3 送 数1 0 1 1 1 q0n q1n q2n 右 移1 1 0 0 q1n q2n q3n 0 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qe qd s0 s1 sr sl 74ls194 动作0 脉冲b 1 第一节拍0 0 1 0 1 * 右移1 1 2

9、0 0 1 0 2 3 0 0 1 0 3 4 0 0 1 0 4 5 0 0 1 0 5 6 0 0 1 0 6 7 0 0 1 0 7 8 0 0 1 0 8 1 hz 脉冲b 9 第二节拍0 1 0 1 * 0 左移 0 9 10 0 1 0 1 10 11 0 1 0 1 11 12 0 1 0 1 12 13 0 1 0 1 13 14 0 1 0 1 14 15 0 1 0 1 15 16 0 1 0 1 表 2 由上表得： d e d 16 脉冲a 17 第三节拍1 0 1 1 * * 送清零17 1 0 1 1 18 18 1 0 1 1 19 1 0 1 1 20 19 21

10、 22 20 23 clr （ 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

11、 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

12、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

13、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

14、=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