华北电力大学数电综合实验移位寄存器彩灯控制器

课程设计(综合实验)报告(2013--2014年度第1学期)名称：电子技术综合实验题目：移位寄存器彩灯控制器院系：电气与电子工程学院班级：电气1111班学号：1111140106学生姓名：关睿指导教师：樊冰设计周数：1成绩：日期：年月日课程课程设计（综合实验）报告PAGE3《电子技术》综合实验任务书一、目的与要求1.目的1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、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，逐步增强实际工程训练。1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、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、深入钻研综合实验中所遇到的问题，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，掌握合理选用的原则。2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。2.5学会撰写综合实验总结报告。2.6通过综合实验，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，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。2.7在综合实验过程中，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7个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。1.移位寄存器型彩灯控制器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.数字电子钟（硬件）三、进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1设计内容讲解、学习资料查找方法半天2发放材料、清点材料、熟悉各种元器件半天3查找资料、设计电路、绘制总体电路草图1天4电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试2天5验收、撰写实验报告1天四、设计（实验）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；最后画出总体电路图。2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实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综合实验总成绩：优、良、中、及格和不及格。1.设计方案的正确性与合理性；2.实验动手能力(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.答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；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：樊冰年月日一、课程设计(综合实验)的目的与要求1.目的：1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、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，逐步增强实际工程训练。1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、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采用移位寄存器设计一个彩灯控制器。2.2要求三种变换花型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。花型1：8路彩灯从左至右顺次渐亮，全亮后从中间向两侧顺次渐灭；循环两次。花型2：8路彩灯从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后反向（两边向中间）渐灭。循环两次。花型3：8路从左向右依次按照：1、3；2、4；3、5；4、6；5、7；6、8的顺序点亮彩灯，同时只有两个灯处于亮的状态，循环两次。花型如图：二、设计（实验）正文1、明确设计要求。设彩灯控制器输出为1时可以点亮彩灯，为0时不能点亮，根据原题要求列出彩灯一次总循环的状态列表。考虑到74X194能左移、右移、清零或并行置数，可满足题目的要求，两片74X194共有8个输出信号，分别控制8路彩灯。一次花型循环为53拍，还有一次（异步）清零。此外，设计还要求慢节拍和快节拍各循环一次，所以总共需要106拍。对彩灯的控制信号来说，需要的状态数54个。当一次循环完成后，需要一个信号改变所选的时钟的频率。2、由以上的分析，可将电路分为三部分：节拍产生电路节拍产生电路控制信号产生电路花型产生电路3、下面分别设计这三部分电路：（1）节拍产生电路：这部分电路其实要完成两个功能。一是54个状态的产生，二是时钟频率的选择。用3个74ls161实现。其中，两个74ls161组成计数器，记54个状态。另一个74ls161参与频率选择。电路图如下：控制信号产生电路。用产生的状态经过一定的逻辑运算后控制74X194的S0、S1、SR、SL即可得到所需要的花型。真值表如下：列出状态表，经卡诺图化简后，可得到控制信号和状态量的关：S1(1)=Q5Q4Q3Q2+Q5Q3Q2+Q5Q4Q3Q2+Q3Q2Q1Q0+Q5Q4Q3Q2Q0S0(1)=Q5Q3Q2+Q4Q2+Q5Q3+Q3Q2+Q5Q4SL(1)=Q5+Q4Q2SR(1)=Q5Q4+Q5Q3 S1(2)=Q4Q3Q2+Q5Q4Q3Q2+Q5Q2Q1Q0+Q5Q3Q2Q0S0(2)=Q5Q3Q2+Q3Q2+Q5Q3+Q5Q2+Q4Q3SL(2)=0SR(2)=Q5Q4Q2+Q4Q3+Q5Q4Q1Q0+Q4Q2Q0+Q3Q2Q0此过程需要门电路组合实现：花型产生电路：用两片74X194的八路输出分别控制八个彩灯即可。电路图如下：将这3部分结合起来，就形成了完整的电路图：三、课程设计（综合实验）总结或结论1．本实验应用元件比较多，结构较为复杂，每一步都要仔细认真，分块接线检验，否则整个检查十分困难，把握好每个模块是实验的关键。尤其是连控制电路时，由于连线过多，容易出错。2.设计控制信号产生电路时，考虑到要实现的是六变量的组合逻辑函数，比较复杂，平时所学的芯片似乎都无法完成此功能，于是就采用了多个门电路来实现，并且，门电路选择上也要考虑，由于信号到达门的时间不同，可能会导致花型紊乱。应尽量选择2脚门电路。3．实验中要注意细节，注意芯片的清零功能和置位功能，注意是同步还是异步的。5．通过几天的努力，认识到实际电路很复杂，还需要加强这方面的知识。6.对数字电路的设计分析有了较为明确的了解。7