四路彩灯显示系统-数电课程设计

1、 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 电气工程及其自动化 班 级 电气0781班 学 号 200713010110 姓 名 指导教师 赵振兴 2010 年 1 月10日湖南工程学院课程设计任务书 课程名称： 数字电子技术 题 目：四路彩灯显示系统 专业班级： 电气0781 学生姓名： 学号： 10 指导老师： 赵振兴 审 批：任务书下达日期 2010 年 1 月 4 日设计完成日期 2010 年 1 月 10 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：开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循

2、环显示。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秒用发光二极管显示彩灯系统的各节拍；功能扩展（自选）二、设计要求：设计思路清晰，给出整体设计框图；设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；总电路设计；计算机仿真安装调试电路；写出设计报告；主要设计条件提供直流稳压电源、示波器； 提

3、供 TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。说明书格式课程设计封面；课程设计任务书；说明书目录；设计总体思路，基本原理和框图；单元电路设计（各单元电路图）；总电路设计（总电路图）；安装、调试步骤；故障分析与电路改进；总结与设计调试体会；附录（元器件清单）；参考文献；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、设计第二周计算机仿真测试元器件调试单元电路调试总电路调试验收写课程设计报告书 星期五下午 答辩地 点：实验楼四楼 电子综合实验室 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc251268935 第

4、一章系统组成及工作原理 PAGEREF _Toc251268935 h 7 HYPERLINK l _Toc251268936 设计总体思路 PAGEREF _Toc251268936 h 7 HYPERLINK l _Toc251268937 基本原理 PAGEREF _Toc251268937 h 8 HYPERLINK l _Toc251268938 框图 PAGEREF _Toc251268938 h 8 HYPERLINK l _Toc251268939 第二章单元电路设计 PAGEREF _Toc251268939 h 8 HYPERLINK l _Toc251268940 时钟脉

5、冲产生电路 PAGEREF _Toc251268940 h 9 HYPERLINK l _Toc251268941 具体实现 PAGEREF _Toc251268941 h 9 HYPERLINK l _Toc251268942 循环控制电路 PAGEREF _Toc251268942 h 10 HYPERLINK l _Toc251268943 具体实现： PAGEREF _Toc251268943 h 11 HYPERLINK l _Toc251268944 彩灯花样输出电路 PAGEREF _Toc251268944 h 11 HYPERLINK l _Toc251268945 运用到7

6、4LS194功能表 PAGEREF _Toc251268945 h 12 HYPERLINK l _Toc251268946 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 PAGEREF _Toc251268946 h 13 HYPERLINK l _Toc251268947 彩灯花样输出电路接线图 PAGEREF _Toc251268947 h 14 HYPERLINK l _Toc251268948 第三章总电路设计 PAGEREF _Toc251268948 h 15 HYPERLINK l _Toc251268949 第四章实验、调试及测试结果分析 PA

7、GEREF _Toc251268949 h 16 HYPERLINK l _Toc251268950 结果的调试及分析 PAGEREF _Toc251268950 h 16 HYPERLINK l _Toc251268951 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 PAGEREF _Toc251268951 h 16 HYPERLINK l _Toc251268952 测试电路的方法和技巧: PAGEREF _Toc251268952 h 16 HYPERLINK l _Toc251268953 调试中出现的故障、原因及排除方法： PAGEREF _Toc251

8、268953 h 16 HYPERLINK l _Toc251268954 彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样： PAGEREF _Toc251268954 h 16 HYPERLINK l _Toc251268955 彩灯无规律变化： PAGEREF _Toc251268955 h 16 HYPERLINK l _Toc251268956 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： PAGEREF _Toc251268956 h 16 HYPERLINK l _Toc251268957 第五章总结与设计调试体会 PAGEREF _Toc251268957 h

9、17 HYPERLINK l _Toc251268958 第六章附录 PAGEREF _Toc251268958 h 18 HYPERLINK l _Toc251268959 元器件清单： PAGEREF _Toc251268959 h 18 HYPERLINK l _Toc251268960 参 考 文 献 PAGEREF _Toc251268960 h 18系统组成及工作原理设计总体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74LS

10、194和相关逻辑电路实现。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。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

11、分频计数器单元电路设计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=20KF由公式（1图. 时钟电路具体实现 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。循环控制电路 12进制循环控制电路示意图(74LS161由74163代替)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

12、，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）。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112001023001034001

13、045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）*+B彩灯花样输出电路接线图总电路设计实验、调试及测试结果分析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

14、。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。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。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

15、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。总结与设计调试体会当完成这次课程设计后，感觉很有成就感，因为从电路设计到电路仿真，接线，测试都是自己独立完成。第一次真正体会到将所学知识运用到实践中的快乐，最终得到了完美的结果，但是最重要的是经历一次如此难忘的过程。设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了

16、很长的时间去弄清楚别人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。学习吸收别人的长处是应该的，但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观点，并且努力去实现。这就是快乐的最大源泉。在完成设计的过程中自己不断解决了一个个的难题，要通向最后的成功，绝不会一蹴而就，饭要一口一口地吃，路要一步一步地走，做事要踏实，实事求是，不能好高骛远。在电路接线过程中，也出现了很多问题，问题多并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。这是一次获益匪浅的实习。附录元器件清单：555定时器，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。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 高等教育出版社电子线路设计、实验、测试 谢自美主编华中理工出