移位寄放器型彩灯控制器课程设计

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课程设计(综合试验)报告

(2023--2023年度第一学期)

名称：电子技术综合试验题院系：电气与电子工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：1周

成绩：

日期：2023年01月04

日

《电子技术》综合试验

任务书

一、目的与要求

1.目的

1.1课程设计是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计稳定、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步加强实际工程训练。

1.2重视培养学生正确的设计思想，把握课程设计的主要内容、步骤和方法。

1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2.要求

2.1能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。

2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，把握合理选用的原则。

2.4学会电子电路的安装与调试技能，把握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观测、判断、试验、再判断〞的基本方法，解决试验中出现的问题。2.5学会撰写课程设计总结报告。

2.6通过课程设计，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭俭约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。

2.7在课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。二、主要内容

共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身状况自由选择其中之一。

1.移位寄放器型彩灯控制器2.智力竞赛抢答器3.电子拔河游戏机4.交通信号灯控制器5.数字电子钟6.电子密码锁7.电子秒表

8.数字电子钟（硬件）三、进度计划

四、设计（试验）成果要求

1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最终画出总体电路图。

2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向试验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。

3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。五、考核方式

综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。1.设计方案的正确性与合理性；

2.试验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；3.总结报告；

4.辩论状况(课题的论述和回复问题的状况)；5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。

学生姓名：

指导教师：2023年01月04日

一、课程设计(综合试验)的目的与要求(一)目的

1)课程设计师教学必不可少的重要环节，通过课程设计稳定、深化和扩展学生的理论知识与初步的

专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步加强实际工程训练。

2)重视培养学生正确的设计思想，把握课程设计的主要内容、步骤和方法。逐步加强实际工程训练。3)培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。提高学生运

用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。

(二)要求

1)能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成

一个设计课题。

2)根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课

程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。3)进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，把握合理选用的原则。

4)学会电子电路的安装与调试技能，把握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观测、判断、试验、

再判断〞的基本方法，解决试验中出现的问题5)学会撰写课程设计总结报告。

6)通过课程设计，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立

一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭俭约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。

7)在课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。

二、设计（试验）正文(一)试验意义

彩灯控制器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，广泛用于大型灯会、舞台灯光控制以及节假日灯光妆饰中。(二)设计任务与要求

1)要求采用移位寄放器设计一个彩灯控制器。三种变换花型：

2)以某种节拍按一定规律改变彩灯的输入电平值，控制彩灯的亮与灭，按预定规律显示一定的花型。i.ii.

花型1：8路彩灯从左至右顺次渐亮，全亮后逆序渐灭；循环两次。

花型2：8路彩灯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。

iii.

花型3：8路彩灯分两半，从左至右顺次渐亮，全亮后则灭，循环三次。

3)三种花型先以慢节拍显示一遍，再以快节拍显示一遍。

(三)总体方案设计

本试验一共有快慢两个节拍和128个状态，有8个彩灯，分为两组，可以用两个74X194以为寄放器来控制。用二进制分频器和数据选择器控制快慢节拍的选取，用7个JK触发器组成7位二进制累加器和门电路来控制两片194移位寄放器电路，从而控制8个彩灯的运行。(四)原理框图

彩灯控制器以某种节拍按一定规律改变彩灯的输入电平值，控制彩灯的亮与灭，按预定规律显示一定的花型。因此彩灯控制器需要一个能够按一定规律输出不同高低电平编码信号的编码发生器，同时还需要编发生器所要求的时序信号和控制信号。由于实际应用场合所带彩灯可能是功率较大的白炽灯或其它，因此还需要一定的驱动电路，试验中因采用发光二极管或指示灯，故可省略驱动电路。

(五)设计思路1.节拍控制器

三种花型循环一次需要的节拍数16*2+8*2+5*3=63个，再加上清“0〞一拍，共64拍。三种花型若先以慢节拍显示一遍，再以快节拍显示一遍，这样构成一次大循环共需128节拍。7位二进制计数器正好有128个状态，以Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1表示计数器的状态，当计数器有0000000~1111111变化时正好对应8个彩灯的变化。

CPL（慢）的1-32节拍显示花型1，其中1-8节拍移位寄放器右移8位，9-16节拍移位寄放器左移8位，17-32节拍重复1-16节拍内容。

CPL（慢）的33-48节拍显示花型2，其中33-40节拍移位寄放器1左移，移位寄放器2右移，41-48节拍重复33-40节拍内容。

CPL（慢）的49-63节拍显示花型3，其中49-53节拍2个移位寄放器右移，54-58、59-63节拍重复49-53节拍内容。

CPL（慢）的64节拍总清“0〞。

CPH（快）的64节拍与慢节拍显示一致。

因此，节拍控制电路需要产生8、16、32、64、128拍的节拍控制信号。节拍控制信号电路框图如下：

f/16f/32f/64f/128CPH或CPLCP4CP5CP6CP7

二进制计数器可以采用好多种方法来实现，寻常可采用两个4位二进制集成计数器级联，并利用本身同步或异步来实现，也可采用7个触发器来实现。本试验就是采用7个JK触发器来实现7位二进制计数

器的输出变量的组合作为移位寄放器的控制信号，即可实现整个彩灯控制电路的功能。

JK触发器的表达式为

Qn1JQnn

若要实现输出是时钟信号CPn的2分频，则要使

Qn1Qn

令J=Qn，K=Qn即可满足条件。

第n个JK触发器的时钟信号CPn的表达式为

CPn+1=Qn

电路连接如下图所示：

快慢节拍的时钟电路框图如下：

CPH(快)CPL(慢)

脉冲源使用元件库中的脉冲源。

CP7=0时，移位脉冲CP为慢节拍CPL；CP7=1时，CP为快节拍CPH。所以能够选择快慢节拍的移位脉冲CP的表达式为

CPCP7CPLCP7CPHCP6（周期为64拍）的状态来区分的。CP7的周期为128节拍。各工作方式控制信号基本上是按

节拍控制信号时序图如下：

2.编码发生器

使用两片用四位双向集成移位寄放器74X194作为控制信号的设计，分别记为寄放器1，寄放器2，输出分别接八个彩灯，记为状态QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG、QH，1表示亮灯，0表示灭灯：

移位寄放器74X194的功能表如下：

根据移位寄放器194的功能表和CP4,CP5,CP6的波形图可得两片194的S1与S0表达式，作如下分析：

花型1的时段可用CP6表示；花型2的时段用CP6CP5表示。6CP5表示；花型3的时段用CP1)寄放器1

在花型1的时间段内，CP4为1时左移（即S1=1），所以S1的信号波形应与CP4一致；在花型2的时段内，S1=1；在花型3的时段内S1=0。可得在整个时间段内，S1的表达式为：

S1S0CP6CP5CP6CP4

2)寄放器2

花型1的时间段内状况与寄放器1一致；花型2和花型3的时间段内均为右移，S1=0。可得S1的表达式为：

S1S0CP6CP4

彩灯一次循环的状态真值表

SL和SR的值每4拍为一个变化，可由CP3、CP4、CP5、CP6组成的表达式决定，也可以由花型种类和寄放器1,2的上一个输出状态QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG、QH共同决定。其次种方法可用观测法直接得出，表达式比较简单。故本试验采用其次种表达式。

现以SL1为例，分析如下：

SL1只有在寄放器1为左移的状态下有效，因此只考虑左移状况下SL1的取值。花型1的一个循环过程中，寄放器1在9—16拍为左移，且9—12拍为左移1，13-16拍为左移0。即SL在花型1的一个循环中9-12拍为1，13—16拍为0。观测9—12拍寄放器输出的上一个状态（8—11拍），和13-16拍寄放器输出的上一个状态（12-15拍），可以看到8—11拍QE都为1，12—15拍QE都为0，因此，当灯在花型1的时间段内，SL1=QE。同理，可得灯在花型2、花型3的时间段内SL1=QA。综上所述，SL1的表达式即为：

SL1CP6QECP6QA

SR1、SL2、SR2的分析过程和SL1的相像，可以得到：

SR11SL20

3.清零电路

1)花型1和花型2自动循环，寄放器无需做清零处理，花型3每5拍清零一次，即状态为11111111

时的下一拍要清零。由于寄放器为异步清零，因此要拿状态11111111的下一个状态来清零。此时寄放器处在右移状态，SR11，SR2CP6QDCP6QH0，即寄放器1为右移1寄放器2为右移0，得11111111的下一个状态为11110111。寄放器低电位清零，观测真值表可得花型3清零表达式为：

SlrCP6CP5QHQE

2)三种花型运行一遍清零。即在每64拍时寄放器做清零处理，此时计数器CP6~CP1的状态为1111111

ClrCP6CP5CP4CP3CP2CP1

3)系统总清零。设系统的清零信号为Klr，1为对地支路开关断开，0为开关合上。只要上述三种状况出现一种，寄放器就要清零，因此去往寄放器的清零信号CLR的表达式：

CLR=SlrClrKlr

系统总清零信号除了要送往寄放器之外还要送往JK触发器进行清零。JK触发器也是低电位清零有效，因此JK触发器的清零信号~CLR表达式为：

~CLR=Klr

清零电路系统框图如下：

三、课程设计（综合试验）总结或结论

本次试验利用了1个脉冲源，8个JK触发器，2个74X194寄放器仿真了由8个彩灯组成的彩灯花式变换系统。这个课题贴近生活富好玩儿味，不仅检验了我们的学习成果同时也锻炼了我