四路彩燈設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1 電子工藝與數(shù)字邏輯 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 撰寫(xiě)日期 2013 06 09 肇慶學(xué)院肇慶學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 第一章課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求分析 2 目錄目錄 第一章第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求分析課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求分析 2 1 1 任務(wù)與要求任務(wù)與要求 2 1 2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 3 1 3 主要設(shè)計(jì)條件主要設(shè)計(jì)條件 3 第二章第二章 設(shè)計(jì)總思路設(shè)計(jì)總思路 4 2 1 基本原理基本原理 4 2 2 框圖框圖 4 第三章單元電路設(shè)計(jì)第三章單元電路設(shè)計(jì) 5 3 1 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路 5 3 3 1 1 1 1 5 3 3 1 1 2 2 具體實(shí)現(xiàn)具體實(shí)現(xiàn) 6 3 2 循環(huán)控制電路循環(huán)控制電路 6 3 3 2 2 1 1 6 3 3 2 2 2 2 7 3 3 彩燈花樣輸出電路彩燈花樣輸出電路 7 3 3 3 3 1 1 運(yùn)用到運(yùn)用到 74LS19474LS194 功能表功能表 7 3 3 3 3 2 2 通過(guò)通過(guò) 1212 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端的進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端的 C C D D 信號(hào)控制移位寄存器的信號(hào)控制移位寄存器的 S0S0 和和 S1S1 及其及其 端真值表 端真值表 7 第四章第四章 總電路設(shè)計(jì)總電路設(shè)計(jì) 9 第五章第五章 實(shí)驗(yàn) 調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析實(shí)驗(yàn) 調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析 10 5 1 結(jié)果的調(diào)試及分析結(jié)果的調(diào)試及分析 10 5 2 調(diào)試中出現(xiàn)的故障 原因及排除方法調(diào)試中出現(xiàn)的故障 原因及排除方法 10 5 5 2 2 1 1 彩燈只有一種花樣變化 沒(méi)有其它的花樣彩燈只有一種花樣變化 沒(méi)有其它的花樣 10 5 5 2 2 2 2 彩燈無(wú)規(guī)律變化 彩燈無(wú)規(guī)律變化 10 5 5 2 2 3 3 彩燈的四種花樣都有 但一次循環(huán)結(jié)束到另一次循環(huán)開(kāi)始中間有段時(shí)間彩燈不亮彩燈的四種花樣都有 但一次循環(huán)結(jié)束到另一次循環(huán)開(kāi)始中間有段時(shí)間彩燈不亮 10 第六章第六章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)課程設(shè)計(jì)總結(jié) 11 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 11 附錄附錄 11 第一章課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求分析 第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求分析 1 1 任務(wù)與要求任務(wù)與要求 用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并制作一個(gè)四路彩燈顯示系統(tǒng) 要求如下 1 開(kāi)機(jī)自動(dòng)置入初始狀態(tài)后即能按規(guī)定的程序進(jìn)行循環(huán)顯示 2 程序由三個(gè)節(jié)拍組成 第一節(jié)拍時(shí) 四路輸出 Q1 Q4 依次為 1 使第一路彩燈先點(diǎn)亮 接著第二 第三 第四路彩燈點(diǎn)亮 第二節(jié)拍時(shí) Q4 Q1 依次為 0 使第四路彩燈先滅 然后使第三 第二 第一路彩燈滅 第三節(jié)拍時(shí) Q1 Q4 輸出同時(shí)為 1 態(tài) 0 5 秒 然后同時(shí)為 0 態(tài) 0 5 秒 使四路彩燈同時(shí)點(diǎn)亮 0 5 秒然后同時(shí)滅 0 5 秒 共 進(jìn)行 4 次 每個(gè)節(jié)拍費(fèi)時(shí)都為 4 秒 執(zhí)行一次程序共需 12 秒 3 用發(fā)光二極管顯示彩燈系統(tǒng)的各節(jié)拍 4 功能擴(kuò)展 自選 1 2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 1 設(shè)計(jì)思路清晰 給出整體設(shè)計(jì)框圖 2 設(shè)計(jì)各單元電路 給出具體設(shè)計(jì)思路 電路器件 3 總電路設(shè)計(jì) 4 計(jì)算機(jī)仿真 5 安裝調(diào)試電路 6 寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告 1 3 主要設(shè)計(jì)條件主要設(shè)計(jì)條件 提供直流穩(wěn)壓電源 示波器 TTL 集成電路芯片 電阻 電容及插接用面包板 導(dǎo)線(xiàn)若干 器件清單 555 定時(shí)就器 1 模十六計(jì)數(shù)器 74LS163 1 與門(mén) 74LS09 2 與非門(mén) 74LS20 1 非門(mén) 74LS04 2 或門(mén) 74LS32 5 74LS194 雙 向移位寄存器 1 發(fā)光二極管 4 導(dǎo)線(xiàn)若干 第二章 設(shè)計(jì)總思路 4 第二章 設(shè)計(jì)總思路 2 1 基本原理基本原理 由設(shè)計(jì)要求出發(fā)可知彩燈的三個(gè)節(jié)拍可以用移位寄存器 74LS194 實(shí)現(xiàn) 通 過(guò)控制 S0 和 S1 實(shí)現(xiàn)右移 左移和送數(shù) 通過(guò)控制 CLR 控制清零 第一節(jié)拍 為 1 右移 第二節(jié)拍為 0 左移 第三節(jié)拍全亮為置數(shù) 1 全滅為清零 由于程 序循環(huán)一次要 12 秒 故需要一個(gè) 12 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器控制循環(huán) 第三節(jié)拍時(shí)要求 1 秒內(nèi)全滅全亮各一次 故脈沖信號(hào)頻率比先前兩節(jié)拍時(shí)脈沖頻率要快一倍 而且要以相同頻率控制 CLR 可以用一個(gè) 16 進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生脈沖號(hào)一路送到 控制 12 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器 一路經(jīng)邏輯電路送到移位寄存器 2 2 框圖框圖 移位計(jì)數(shù)器 74LS191 12 進(jìn)制循環(huán)控制器多 諧 振 蕩 器彩 燈 顯 示 輸 出16 進(jìn)制分頻計(jì)數(shù)器 第三章 單元電路設(shè)計(jì) 5 第三章單元電路設(shè)計(jì) 3 1 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路 3 3 1 1 1 1 用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器 電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖 其周期為 T 0 7 R1 2R2 C 1 1 控制 74LS161 模十六計(jì)數(shù)器電阻值和電容值可設(shè)為 R1 1K R2 20K C 0 01 F 由公式 1 1 計(jì)算得 T 0 287S 3 3 1 1 2 2 具體實(shí)現(xiàn)具體實(shí)現(xiàn) U1 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 8 THR 6 CON 5 TRI 2 GND VCC 555 VIRTUAL R1 1kohm R2 51kohm C1 0 01uF C2 10uF 5V VCC 第三章 單元電路設(shè)計(jì) 用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器 電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖 控制 74LS161 模十六計(jì)數(shù)器 74LS161A 輸出 2 倍 T 的脈沖信號(hào) B 輸出 4 倍 T 的 脈沖信號(hào) 大約為 1S 3 2 循環(huán)控制電路循環(huán)控制電路 3 3 2 2 1 1 12 進(jìn)制循環(huán)控制電路示意圖 74LS161 由 74163 代替 3 3 2 2 2 2 如果模 N 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)序列從最小 0 到最大數(shù) N 1 那么 N 是多余的 可 用與非門(mén)檢測(cè) N 當(dāng) N 出現(xiàn)時(shí) 與非門(mén)輸出為低 用它控制清零端 CR 將計(jì)數(shù) 器清零 此處工作狀態(tài)從 0000 1011 檢測(cè) 1100 異步清零 3 3 彩燈花樣輸出電路彩燈花樣輸出電路 3 3 3 3 1 1 運(yùn)用到運(yùn)用到 74LS19474LS194 功能表功能表 輸輸 入入輸輸 出出 CR CRS1S1S0S0CPCPSLSLSRSRD0D0 D1D1 D2D2 D3D3Q0Q0 Q1Q1 Q2Q2 Q3Q3 功功 能能 0 0 0 00 00 00 0 清清 零零 1 11 11 1 d0d0d1d1d2d2d3d3d0d0d1d1d2d2d3d3 送送 數(shù)數(shù) 1 10 01 1 1 1 1 1Q0nQ0nQ1nQ1nQ2nQ2n 右右 移移 1 11 10 0 0 0 Q1nQ1nQ2nQ2nQ3nQ3n0 0 左左 移移 第三章 單元電路設(shè)計(jì) 3 3 3 3 2 2 通過(guò)通過(guò) 1212 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端的進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端的 C C D D 信號(hào)控制移位寄存器信號(hào)控制移位寄存器 的的 S0S0 和和 S1S1 及其 端真值表及其 端真值表 CLK時(shí)間 節(jié)拍QDQCS0S1SRSL74LS194 動(dòng)作 010010 120010 230010 34 第一 節(jié)拍 0010 1 右移 1 450101 560101 670101 7 脈沖 B 8 第二 節(jié)拍 0101 0左移 0 81011 9 9 1011 101011 11 10 1011 12 13 11 14 15 脈沖 A 12 第三 節(jié)拍 送 清零 由上表由 CLR A QD 進(jìn)一步分析可知 脈沖控制 A QD B 第四章 總電路設(shè)計(jì) 8 第四章 總電路設(shè)計(jì) 第五章 實(shí)驗(yàn) 調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析 5 1 結(jié)果的調(diào)試及分析結(jié)果的調(diào)試及分析 1 調(diào)試使用的主要儀器 數(shù)字萬(wàn)用表 直流穩(wěn)壓電源 示波器 函數(shù)信號(hào) 發(fā)生器 2 測(cè)試電路的方法和技巧 先檢查各芯片的電源和地是否接上 檢查線(xiàn)路是否連好 前面的檢查無(wú)問(wèn)題后 再根據(jù)彩燈的變化情況 確定可能的原因 分析是哪個(gè)功能模塊出了問(wèn)題 用 數(shù)字萬(wàn)用表檢查各模塊的功能 發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)誤 直到符合要求為止 5 2 調(diào)試中出現(xiàn)的故障 原因及排除方法調(diào)試中出現(xiàn)的故障 原因及排除方法 5 5 2 2 1 1 彩燈只有一種花樣變化 沒(méi)有其它的花樣彩燈只有一種花樣變化 沒(méi)有其它的花樣 可能是移位計(jì)數(shù)器的 S0 S1 端控制出現(xiàn)問(wèn)題 應(yīng)該檢查循環(huán)控制邏輯電路 還 可能是 12 進(jìn)制循環(huán)控制計(jì)數(shù)器沒(méi)正常工作 檢查是否正確接線(xiàn) 芯片是否功能 完好 特別注意不能把非門(mén)的輸入與輸出接反了 5 5 2 2 2 2 彩燈無(wú)規(guī)律變化 彩燈無(wú)規(guī)律變化 原因可能是 12 進(jìn)制循環(huán)控制電路不能產(chǎn)生符合要求的控制碼 檢查模十六計(jì)數(shù) 器的 CP 脈沖是否穩(wěn)定 看 74LS161 是否能計(jì)數(shù) 即 QA QB QC QD 是否 周期性的高低電平變化 前面沒(méi)問(wèn)題 再檢查與非門(mén) 74LS 和非門(mén) 74LS04 是否能實(shí)現(xiàn)它們邏輯功能 5 5 2 2 3 3 彩燈的四種花樣都有 但一次循環(huán)結(jié)束到另一次循環(huán)開(kāi)始彩燈的四種花樣都有 但一次循環(huán)結(jié)束到另一次循環(huán)開(kāi)始 中間有段時(shí)間彩燈不亮中間有段時(shí)間彩燈不亮 原因可能是控制循環(huán)的 進(jìn)制計(jì)數(shù)器沒(méi)有真確接線(xiàn) 實(shí)際控制循環(huán)的進(jìn)制大 于 進(jìn)制 導(dǎo)致有放空時(shí)間 應(yīng)該檢查 是否正常工作 確保能 實(shí)現(xiàn) 進(jìn)制計(jì)數(shù) 第六章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 10 第六章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)四路彩燈電路的設(shè)計(jì) 我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)芯片的功能還是不太了解 雖然 在此之前我已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)這兩門(mén)課 于 是我認(rèn)真地重新查了一遍相關(guān)芯片的知識(shí) 特別是各種芯片的引腳問(wèn)題 最后 選擇合適的芯片設(shè)計(jì)了四路彩燈的設(shè)計(jì)圖 并在 EWB5 2 上通過(guò)了仿真 在仿 真過(guò)程中連線(xiàn)出了些問(wèn)題 因?yàn)椴粔蛘J(rèn)真 結(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)連接搭錯(cuò)線(xiàn)的錯(cuò)誤 最 后不得不重新檢查電路 其次是電路的實(shí)物連接 線(xiàn)路連接比畫(huà)圖更復(fù)雜些 因?yàn)榫€(xiàn)路比較多 出錯(cuò)后 更不好檢查 所以在連接前先要檢查芯片 導(dǎo)線(xiàn)等 在連接的時(shí)候也要非常的 細(xì)心 而且要有耐心 還要按一定的順序連線(xiàn) 那樣方便記憶 不至于因?yàn)椴?必要的重復(fù)接線(xiàn)而出錯(cuò) 整個(gè)電路中只要接錯(cuò)一根重要的線(xiàn) 就很可能前