四路彩灯课程设计

湖南第一师范学院课程设计报告四路彩灯显示系统起止日期：自2011年12系〔部〕信息科学与工程系学生姓名Xx班级xxxxxxxxxxx学号xxxxxxxxxxxx成绩指导教师(签字)xxxxxxxxxx2011年12月30日湖南第一师范学院课程设计任务书2023-2023学年第一学期系〔部〕信息科学与工程系专业电子科学与技术班级xxx课程名称：数字电子技术设计题目：四路彩灯显示系统完成期限：自2023年12月19日至目的及任务目的：通过设计和搭建一个实用电子产品雏形，稳固和加深在数字电子技术课程中的理论根底和实验中的根本技能，训练电子产品制作时的动手能力。通过该课程设计，设计出符合任务要求的电路，掌握通用电子电路的一般设计方法和步骤，训练并提高在文献检索、资料利用、方案比拟和元器件选择等方面的综合能力。任务：〔1〕根据原理图分析各单元电路的功能；〔2〕熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；〔3〕进行电路的装接、调试，直到电路能到达规定的设计要求；〔4〕写出完整、详细的课程设计报告。进度安排起止日期工作内容2023.12.19前选题，了解设计内容，复习数电相关知识和查阅资料。分析设计任务，选择总体方案，单元电路设计。设计总体电路，调试。继续完成设计，撰写实验报告，进行辩论。主要参考资料[1]余孟尝.数字电子技术根底[M].北京:高等教育出版社,2006[2]方大千,鲍俏伟.实用电子控制电路[M].第一版.北京：国防工业出版社,2003[3]肖景和。数字集成电路应用精粹.北京：人民邮电出版社,2002.[4]李忠波,袁宏.电子设计与仿真技术.北京:机械工业出版社,2004[5]历雅萍、易映萍.电子技术课程设计.北京：高等教育出版社，2002指导教师〔签字〕：年月日教研室主任〔签字〕：年月日目录1概述11.1前言11.2设计要求11.3设计总思路12方案的选择13单元电路的设计和元器件的选择23.1时钟脉冲产生电路23.2循环控制电路33.3彩灯把戏输出电路4运用到74LS194功能表4制计数器的输出端的C、D信号控制移位存放器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表53.4各元器件逻辑符号与引脚图解54经验体会74.1设计过程中遇到的问题及解决方案74.2设计体会74.3对该设计的建议8参考文献8附录A彩灯把戏输出电路连线图9附录B总电路设计10附录CEDA仿真电路图11附录D元器件清单121概述1.1前言用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，可用于节日庆典，医院病房等多处地方，同用单片机控制相比，它具有准确，不易受外界干扰出错，因而得到了广泛的应用。小到人们日常生活中的电子贺卡，大到宾馆、医院等公共场所的大型数显电子钟。1.2设计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：1·开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。2·程序由三个节拍组成：第一节拍时，四路输出Q1～Q4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，Q4～Q1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，Q1～Q4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3·用发光二极管显示彩灯系统的各节拍；1.3设计总思路程设计课题要求，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把戏输出电路。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，彩灯把戏输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。2方案的选择计数器的方案有多种，主要有：方案1采用单片机控制电路为主实现四路彩灯显示。运用C语言编程，然后编译，通过单片机内部实现四路彩灯的显示，编译成功后通过下载机下载至芯片，然后连接即可实现预先功能。优点是连接线路较少，只要编译成功就能实现，缺点是编程较为麻烦，容易出错，同时用单片机控制不宜与表达数电运用实践的能力，不利于理解底层电路的连接于实现。方案2采用多路芯片组合实现四路彩灯显示系统。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把戏输出电路。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，彩灯把戏输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。优点是不用编程，不要编译只要正确连接就能正常工作，缺点是必须掌握所有芯片的引脚功能及作用，连线较为复杂。多谐振荡器多谐振荡器12进制循环控制器16进制分频计数器12进制循环控制器16进制分频计数器移位计数器74LS191移位计数器74LS191彩灯显示输出彩灯显示输出图1.3系统框图将上述方案进行比拟得之，运用单片机易于实现本工程，但是根据设计任务的要求，各方案的优缺点、设计制作所具备的条件，本例作为传统电子设计方法的实例，采用方案2实现。3单元电路的设计和元器件的选择3.1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………(1-1)控制74LS161模十六计数器电阻值和电容值可设为：R1=1KΩ，R2=20KΩ，C=0.01μF由公式〔1-1〕计算得：T=0.287S图时钟电路NE55574LS161图NE555与74LS161构成的时钟产生电路用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,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1S3.2循环控制电路如果模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CR’，将计数器清零。此处工作状态从0000~1011，检测1100〔异步清零〕其电路图如图3.2所示。图3.2循环控制电路〔74LS161用74LS163代替〕3.3彩灯把戏输出电路3.3.1运用到74LS194功能表图3.1.274LS194功能表3.3.2制计数器的输出端的C、D信号控制移位存放器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表CLK时间／Ｓ节拍QDQCS0S1SRSL74LS194动作0１Ｈｚ脉冲B1第一节拍00101*右移112001023001034001045第二节拍0101*0左移05601016701017801018２Ｈｚ脉冲A9第三节拍1011**送１清零91011101010111110111211１０１１13１０１１1412１０１１15１０１１由上表由：Ｓ０＝ＱＣ＇Ｓ１＝ＱＤ＋ＱＣCLR＇＝〔ＱＤ*A+QD＇〕进一步分析可知７４ＬＳ１９４脉冲控制：ＣＬＫ＝〔ＱＤ*A+QD＇〕*ＱＤ+B3.4各元器件逻辑符号与引脚图解图3.4.A74LS194逻辑符号和引脚图图3.4B74LS163引脚图图3.4C74LS20引脚图图3.4D74LS20内部结构图图3.4E74LS09内部引脚图图3.4F74LS04引脚图及内部结构图3.4G74LS32引脚图及内部结构4经验体会4.1设计过程中遇到的问题及解决方案1〕彩灯只有一种把戏变化，没有其它的把戏：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。2〕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是否周期性的上下电平变化，前面没问题，再检查与非门74LS20门74LS04是否能实现它们逻辑功能。3〕彩灯的四种把戏都有，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１２进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于１２进制，导致有放空时间。应该检查７４ＬＳ２０是否正常工作，确保能实现１２进制计数。4.2设计体会本来当初选题是要做自动控制延时电路，比拟盲目，最后遇到了瓶颈，要用220v电压供电，最后不得不放弃该工程，转而开始这个工程。看似简单的功能做起来并不简单。两周的实习很快就过去了，过程中出现了很多曲折，在这次实习中我学到了很多东西，不仅仅是专业知识首先是四路彩灯电路的设计，我发现自己对芯片的功能还是不太了解，后来又重新查了一遍，选择了适宜的芯片。但又在连线时出了问题，出了问题并不重要，重要的是让自己冷静下来，用心去找出问题的所在。然后用自己所学知识解决掉问题，硬是不能解决的，可以去请教别人，但在问别人的时候，一定要理解对方是怎样解决掉这个问题的，否那么你将一无所获，下次遇到这个问题你一样又不知道。其次是电路的连接，线路连接比画图难多了。在连接的时候先要检查芯片、电线等。在连接的时候也要非常的细心，而且要有耐心，只要接错一根，就前功尽弃了。因此，要学会耐心细致的做一件事，不要毛躁，不要粗心。还有以后做事的时候一定要事先考查清楚，不能盲目选择没有目标。最后，我要感谢学校给我们这样的实践时机，特别要感谢肖主任对我们这组的大力支持。亲自帮助我们修改电路，总之，这次课程设计，让我体会到了团队合作的重要性，让我以后做事更有耐心，更加细心。让我能够更加沉着的面对未来的机遇与挑战。4.3对该设计的建议〔1〕．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〕．对于中等规模以上的电路，可以分模块去实现不同的功能。各个功能实现后然后再组合，这样便于检查错误和扩展功能。参考文献[1]余孟尝.数字电子技术根底[M].北京:高等教育出版社,2006[2]方大千,鲍俏伟.实用电子控制电路[M].第一版.北京：国防工业出版社,2003[3]肖景和。数字集成电路应用精粹.北京：人民邮电出版社,2002[4]李忠波,袁宏.电子设计与仿真技术.北京:机械工业出版社,2004[5]历雅萍、易映萍.电子技术课