数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器新编

1、数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器电子工程学院崔欢（13）学院名称学生姓名集成电路设计与集成系统电路11022013年6月3日2013年6月14日多路彩灯控制器的设计、课程设计题目（与实习目的）（一）、题目：多路彩灯控制器（二）、实习目的：1. 进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。2. 熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进 学会使用其进行电路设计。3了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。4. 培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。5. 锻炼动手能力，排错能力。任务和要求实现彩灯控制的方法很多，如 EP RO编程、RAMS程、单板机、单片机等,

2、都可以组成大型彩灯控制系统。因为本次实习要求设计的彩灯路数较少，且花 型变换较为简单，故采用移位寄存器型彩灯控制电路。（1）彩灯控制器设计要求设计一个8路移存型彩灯控制器，基本要求：1.8路彩灯能演示三种花型（花型自拟）；2.彩灯用发光二极管LED莫拟；选做：实现快慢两种节拍的变换。（2）课程设计的总体要求1. 设计电路实现题目要求；2. 电路在功能相当的情况下设计越简单越好；3. 注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉；4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。总体方案的设计整体电路分为四个模块，第一个模块时钟信号的产生；第二个模块实现节 拍控制；第三个模块实现花型

3、的控制；第四个模块实现实现花型的演示。 种方案将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较简单。元件种类使用少， 且都较熟悉易于组装电路。这么设计的出发点是：电路设计模块化，易于检查 电路，对后面的电路组装及电路调试都很方便，花型控制电路简单，花型也比 较简单。主体框图如下： 时钟信号CP电路：用555芯片产生CP脉冲。节拍控制电路:节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可由74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。花型控制电路:由161, 4位二进制同步计数器完成;花型演示电路:由194双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；四单元电路的设计1.设计所使用的元件及工具：74L

4、S161 （四位二进制同步计数器）74LS194（移位寄存器） 74LS151 （八选一数据选择器）-74LS74 （双D触发器） 74LS0 0（四二输入与非门）-74LS04 （六非门） 555发光二极管 电容： 卩f 0. 01 卩f 电阻：150k Q2-2-1-1-2118-11个;个;个;个;个;个;个;个; 个;个;个;100Q 4Q 1实验板一块；万用表一个；钳子一个；导线若干。2.各个单元电路（1）时钟信号电路 由一片555加上适当电容及电阻实现。电容取：yf 10 nf 电阻取：150 kQ 电路图如下：（2）节拍控制电路个;个;kQ+5v由一片151和一片774级联实现。

5、整体节拍。上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢150kJLR555 362令74的Vcc, CLR PR都接高电平，将 9的输出接到D端，Q端的输出接到151 的D1端。令151的B,C,G' ,GND接低电平，Vcc接高电平，DO接时钟信号的CP脉 冲，A端接由花型控制电路的QG输出。所以丫端的输出就为：丫=CR AA+QA（Q是74D触发器的输出端）由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在 每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。也就比时钟信号 电路的CP脉冲慢了一拍。所以通过A为0或1选择丫端输出的脉冲的频率。A端接的是161的高位片的QF 即当到达第3

6、2拍时QF为1接下来的3364拍为变慢后的脉冲输出。电路图如下：（3）花型控制信号电路由二片161级联的模64 （三种花型每种显示一遍，再总体重复一遍的总节拍数） 计数器。161的级联用的是同步，并用AQG青零。当三种花型全新显示一遍后（总共 32拍）161的输出变为00000100所以将161 高位片的信号QF输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型 显示的频率。161的CP脉冲来自节拍控制电路中151的输出端丫。电路图如下：（4）花型演示电路由二片移位寄存器194实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出 信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。而花型之间的变化通

7、过花型控制电路的 输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个 CP脉冲控制）。8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两 次；从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。循环两 次；从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。移存器输出状态编码表三种花型变换样式花型2:花型1:节拍序号花型1花型2花型310000000000000000000000002000110003001111004011111105601110111700110011800010001花型3:91001111111110011111112000111111300001111140

8、000011115000000111600000001这3种花型在每种频率下各显示一遍，三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为32,即18显示第一个花型，916显示第二个花型，1731显示第三个花型。要用194实现三个花型的连续显示必须对两片 194的S1、SO和SL、SR句节拍 的变化进行相应的改变，将两片194分为低位片和高位片，再将其输出端从低位到高 位记为L1L8。列出各花型和其对应的194的S1、SO SL、SR的输入信号及节拍控 制信号列表如下：（用7 表示Li的取非）花型低位片节拍控制信号SLSRS1S0SLSRS1S0QDQE1X八L801X八L801002八L8X10X八L80

9、1103X八L801XL40101X八L801xL40111列出卡诺图分析QDqe010八L8X1八L8八L8SR=L8194高位片01 QD qE0XX1XXSL=XQD01QE 0八L8八L81L4L4SR=AL8八E+ L4 E"X QDQE、01010111S0=A（D八E）01qdQE000100S1=0qd01QE、011111S0=1由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端 S1、S0以及串行输194低位片194高位片S1= D八ES1=0S0=S1S0=1SL=L8SL=XSR=L8SR=AL8八E+ L4 E入端的由161的输出端Q、QE和本身输出

10、端L4和八L8控制。用去Q Q表示161从低位到高位的个输出端。 控制结果表达式如下：电路图如下：五 总体电路图六 电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。 刚开始数电实习的时候，我想到了 ,先设计电路,再搭电路,以便后来的排错 ,从 而完成实习要求。在设计电路时，我先确定了总体框图，555的CP脉冲电路，74,151的分频电路 相对容易，很快就设计好了，难就难在 161 和 1 94的关系处理上，怎么用 161 控制 1 94的花型转换，怎么用 1 94连续显示 3 种花型呢？接着我想到 161 的功能就是计 数，它可以通过计数来控制花型的转换，而 1 94是移位寄存器，通过控制它的 S

11、L,SR,SO, S1，就可以进行花型的显示，而卡诺图化简就可以找出161和194的关系，理清思路后，我很快就完成了设计。周三我就开始用面包板搭电路了，再搭电路前，我用万用表测了面包板的正负 极是否连通，在确保它是连通的后才正式搭电路，由于设计和仿真都是自己一步步 扎扎实实地走的，周五就进行了测验，加上电后，我分模块对电路进行了测试。1. 测试脉冲产生模块。在555定时器的3脚插上了一个LED灯后，发现灯不亮，我就怀疑是不是点没加 进去，检查后发现，我把电源负极和地分开了，没有把它们接在一起，这就相当于 电路没连通，在用导线把它们连接好后再加电，LED灯正常闪亮，我又在151的丫输出端接上了一

12、个LED灯，正常闪亮，说明脉冲产生电路是正常的。2. 测试节拍控制模块。我先把A接0，发现丫输出接的LED灯和CP输出端接的灯闪亮是同步的，即还没 有分频，再把A接高电平，这时现丫输出接的LED灯和CP输出端接的灯闪亮便不是 同步的了，即实现了分频，分频电路正确。3. 测试花型控制电路和花型演示电路。我在两片161的输出端都接上了 LED灯，观察它计数是否正确，再在两片 194的 输出端接上LED灯，观察其分频前的花型和分频后的花型是否正确。在加电后，观 察到 161 可以正常计数，且 194的花型显示也是正确的，但就是在 161 计数到 32后 没有进行分频，在分频模块功能正常的前提下，出现

13、这种情况的原因只有一种，那 就是A的高电平没有返回给151，所以对于151来说在A是0时，输出的就是CP 所以没有分频，我用万用表测了 151的A引脚和161的F输出，发现是正常连通的， 但是加电后还是不能分频，既然不是接触不良，那问题会出在哪呢？这引起了我的 思考，会不会是F脚的输出逻辑电平达不到1,因为我在F脚接了一个LED灯，会产 生压降，虽然灯可以亮，但它的逻辑值却是 0,那么把F脚的这个灯拔掉这一问题会 不会就解决掉了呢？在拔掉灯后，我惊喜地发现在 161 计数到 32后，可以实现分频 了！至此，测试完满结束。七 附加功能的实现当我完成基本的实验电路后实习的老师建议我去尝试一下，用数

14、码管实现花型 的现实，即当时第一个花型时，数码管显示 1，以此类推。我用了几个小时的时间 想出来了解决方案，用一片48芯片和一个数码管实现，将48芯片的D, C管脚分别 接地，A接F1非或F2,即F1与F2非得与非，前面的电路已经实现，只须连接，B接F1，其他的输入管脚按照芯片的工作要求进行连接。在连接电路时必须注意管脚 的位置，开始接错了，数码管显示的是 2,4,6 。最后检查是管脚位置接错了，检查 完后，按照对的管脚图连接电路，数码管显示出了 1,2,3. 所以必须足够的耐心，细 心。八 分析和总结。才有这么高的效率。而且从本次课程设计中收获很多。可以总结为以下的几本次课程设计我用了一个星

15、期的时间就全部做完，两天天设计，两天测试，因 为在设计之前根据设计的要求，每个模块都仔细的设计分析了，扎扎实实一步步实 现， 点：（一）学会了灵活运用数电知识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，在整个实习过程 都离不开对数字电路课程知识的再学习。 151,194,161,555 各个芯片的功能，194 芯片八、中， 真值表都熟悉了一遍。巩固了数电知识。在刚开始设计花型时，由于我对 的 SR， SL 控制不是很清楚，所以就在这块打住了，后来认真查书，找到控制它们的 规律后，完成了 194 显示花型的设计，也完成了 161 对 194 的控制。（二）锻炼了分析问题的能力和排错能力

16、在拿到这个题目时，我首先进行了分析，它要实现什么功能，分哪几个模块，各 个模块又由哪些芯片构成，这些芯片该怎么用，各个模块之间又有什么联系。 在分析好这些后，再进一步地完善设计内容，从整体到部分，分而治之是核心。 设计好方案后，进行电路的搭建。在测试电路时，不可避免地出现了各种错误，但 是把问题具体化，大化小，最后还是可以找出问题，并解决问题的。只要有足够的 耐心和细心，思路清晰，就会很轻松地解决问题。通过这次实习，我的逻辑思维能 力得到了很好的锻炼，分析问题和解决问题的能力也得到了提升，排错能力也比以 前好了。（三）提高了动手能力 学数电的时候，我不会想着怎么布线，怎么放置芯片，使整体布局更

17、合理，更 美观，但实际搭电路的时候就得考虑这些问题，由于资源有限，怎么接可以更节约 导线，用更少的芯片，这都得仔细设计，设计得好的话，有利于以后检查电路，也 方便别人看。如果没有这次实习，我可能还会犯一些很简单的错误，如不知道把负 极和地接在一起，但是，时间出真知，通过自己动手实践，我牢牢地记住了这个知 识点，也丰富了自己在搭电路方面的经验。总结555、用了 能。本次试验中包括CP的产生电路用的555芯片，基本电路我用了 8个芯片（一片 两片 161、两片 194、两片 00、一片 04），分频电路用 74和 151 实现，一共 10 个芯片。是目前我想出的用最少的器件，最简单的布线来实现所要求的功从电路图的设计、实现、实验报告，都是自己思考和动手。学会了用所学习过 的芯片设计电路，并用面包板来实现，实现的过程中排错、检查的能力也得到锻 炼。总而言之，好好利用了学校给我们提供的此次实习的机会，努力按要求完成了 任务，提高了自己的综合思考能力和动手实践能。九. 参考文献。高等教育出版社<<数字电