數字課程設計

1、二一二二一三 學年第 一 學期電子信息工程系課程設計報告書班 級： 電信息（DB） 2012級2班 姓 名 劉逸雯 學 號： 201212235043 課程名稱： 脈沖與數字電路課程設計 指導教師： 成燕 二零一四年九月二十七日目 錄 (一) 課程設計目的、時間求及要求.31 課程設計目的； 2 課程設計時間；3 課程設計要求；（二） 系統(tǒng)組成及工作原理分析.3-51 系統(tǒng)組成；2 工作原理分析；（三） 硬件電路設計.5-111 單元電路設計：（1） 時鐘脈沖產生電路設計；（2） 四種碼制產生電路設計；（3） 彩燈開關電路設計；（4） 彩燈輸出電路設計；2 整體電路圖；（四）實驗調試及測試結果

2、分析.12（五）設計小結.13（六）附錄.14-15一、課程設計時間、目的及要求（一）、課程設計目的：綜合運用本課程知識，利用集成電路設計實現一些中小規(guī)模電子電路，以復習鞏固課堂所學的理論知識，提高設計實現系統(tǒng)、繪制系統(tǒng)電路圖和分析系統(tǒng)性能指標的能力，為實際應用奠定一定的基礎。（二）、課程設計時間：第一天：教師布置設計任務，講解設計要求，提示設計要點。第二四天：查閱資料，提出設計方案，對提出的方法作比較以選出性價比最高的設計方法。第三十四天：設計出詳細的電路，畫出詳細電路圖，制作電路板，調試電路，得出實驗結果并寫出設計報告。（三）、課程設計要求：(1) 彩燈一亮一滅,從左向右移動；(2) 彩燈

3、兩亮兩滅，從左向右移動；(3) 四亮四滅，從左向右移動；(4) 從18從左到右逐次點亮，然后逐次熄滅；(5) 四種花樣自動變換。二、系統(tǒng)組成及工作原理分析（一）、系統(tǒng)組成框圖把四花樣彩燈設計分為幾個獨立的功能模塊進行設計,每一個模塊完成特定的功能,再把它們有機的組織起來構成一個系統(tǒng)完成彩燈控制器的設計。系統(tǒng)可由四個模塊組成，它們分別是：四種碼產生電路、開關電路、數據輸出、時鐘電路。由兩個555構成兩個時鐘電路，由模十六計數器和組合邏輯門構成四種碼產生電路，由雙D觸發(fā)器和數據選擇器構成開關電路，由移位寄存器和八個彩燈構成輸出電路，一個時鐘控制模十六計數器和移位寄存器，另一個時鐘控制雙D觸發(fā)器。分

4、頻計數器數據選擇器移位寄存器多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器開關電路輸 出（二）、工作原理分析從多諧振蕩器出來的脈沖信號分為兩路：一路作為計數脈沖送到模十六計數器；另一路做為移位時鐘脈沖加到移位寄存器。調節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動的速度，得到不同的動態(tài)效果。多諧振蕩器、雙D觸發(fā)器、數據選擇器共同組成一個電子開關。多諧振蕩器輸出的計數脈沖經雙D觸發(fā)器兩位二進制計數器，在它的兩個輸出端得到00、01、10、11四種邏輯狀態(tài)。這四個狀態(tài)作為數據選擇器的四個數據通道選擇信號，對應從模十六計數器輸送到數據選擇器的QA，QB，QC，QD四個分頻信號。其作用相當于一個受控的一刀四位的機

5、械轉換開關。當雙D觸發(fā)器輸出為“00”時，數據選擇器輸出10000000序列脈沖，為八分頻信號，實現花樣一；為“10” 時，數據選擇器輸出11000000序列脈沖，為八分頻信號，實現花樣二；為“01” 時數據選擇器輸出11110000序列脈沖，為八分頻信號，實現花樣三；為“11” 時數據選擇器輸出1111111100000000序列脈沖，為十六分頻信號，實現花樣四。調節(jié)開關電路的CP脈沖產生電路的電阻，可以改變開關的切換時間用以選擇每種花樣出現時間的長短。數據選擇器的輸出端接移位寄存器的輸入端，在時鐘脈沖的作用下，數據在移位寄存器的八位并行輸出端從Q0到Q7順序移動。移動的八位控制信號直接控制

6、發(fā)光二極管的亮滅，就出現了八路四花樣自動循環(huán)切換的流水彩燈。三、硬件電路設計（一）、單元電路設計1、時鐘脈沖產生電路用555定時器構成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,其周期為:T=0.7(R1+2R2)C要用兩個555產生兩個時鐘脈沖,一個控制74LS161模十六計數器和八位移位寄存器,要能看到彩燈的流動,其周期設為1秒左右, 電阻值和電容值可設為：R1=1K ， R2=51K ， C=0.01F計算得：T=0.721S另一個555產生的矩形脈沖控制彩燈的自動轉換,其周期設為模十六計數器的20倍,改變R1、R2的阻值即可，可設為：R1=1K ， R2=1M ，C=0.01F計算

7、得：T=14.42S電路圖如圖所示：2、四種碼制產生電路根據彩燈要實現的四花樣,可確定移位寄存器輸出的二進制碼,即四種碼產生電路要產生的碼，如表4-1所示：表4-1 四種碼花樣狀態(tài)要求周期（位）碼1一亮一滅，從左向右移動8100000002兩亮兩滅，從左向右移動8110000003四亮四滅，從左向右移動8111100004從18從00左到右逐次點亮，然后逐次熄滅 161111111100000000要產生這四種碼，可由十六進制計數器接組合邏輯門產生，十六進制計數器的真值表如表4-2所示：序號原狀態(tài)S(t)Q4 Q3 Q2 Q1次態(tài)N(t)Q4 Q3 Q2 Q1輸出Z1Z2Z3Z40123456

8、7891011121314150 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 00000000100000001100000011000000111100001111000011111111000000

9、001由表分析得：Z1=Q3Q2Q1 Z2=Q3Q2 Z3=Q3 Z4=Q4所以四種碼產生電路如圖所示：3、彩燈開關電路要實現彩燈四花樣的自動轉換，就要使四選一數據選擇器74LS153循環(huán)地輸出Z1、Z2、Z3、Z4。使雙D觸發(fā)器的輸出端接數據選擇器的兩個地址輸入端，雙D觸發(fā)器能產生00、01、10、11這四鐘循環(huán)的狀態(tài)，從而使選擇器循環(huán)的選擇一種碼輸出，實現彩燈的四花樣循環(huán)。開關電路圖如圖所示：令Q1Q2=AB，74LS153數據選擇器的功能表如表所示：B（Q2）A（Q1）1Y0110000110Z1Z3Z4Z2Z1由表可知，數據選擇器的地址輸入端A、B循環(huán)轉變，輸出端1Y循環(huán)選擇四種碼Z1

10、、Z2、Z3、Z4輸出，使彩燈的四花樣自動循環(huán)改變。4、彩燈輸出電路輸出電路由八位移位寄存器74LS164、八個彩燈和八個驅動電阻構成。寄存器的數據輸入端接收開關電路輸出的四種碼，這四種碼在移位寄存器的八位并行輸出端從QA向QH移動，輸出四種彩燈花樣。當輸入移位寄存器數據輸入端的碼為10000000時，清零后在移位脈沖CP的作用下，寄存器數碼移動情況如表所示：CPRiQAQBQCQDQEQFQGQH111000000 02001000000300010000 0400 00100005000001000600000010070000000108000000001由表可看出，輸入碼中的那位高電平

11、“1” 從寄存器的輸出端QA經八個移位脈沖CP作用后逐漸到了QH，使輸出端所連接的彩燈依次點亮，實現了彩燈依次點亮的花樣。當輸入另外的三種碼時，寄存器的數碼移動原理相似。（二）、整體電路圖四、實驗、調試及測試結果分析1. 調試過程中使用的主要儀器：數字萬用表，直流穩(wěn)壓電源。2. 測試電路的方法和技巧:先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據彩燈的變化情況，確定可能的原因，分析是哪個功能模塊出了問題，用數字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現并改正錯誤，直到符合要求為止。3. 調試過程中出現的主要問題：（1）.在將電路板整體焊接完成之后檢查電路發(fā)現有漏焊的情況，其中一

12、個IC接地端并沒有接地，在經過仔細檢查后排除故障。（2）.在經過第一次上電試驗后發(fā)現四花樣彩燈可以出現四種花樣中的花樣一與花樣四，即一亮一滅及從左至右逐次點亮再逐次熄滅的情形，但另外兩種花樣并未出現，且會出現正常碼制中不會出現的從左至右兩燈熄滅且依次循環(huán)的情況，且四花樣彩燈的周期并不明顯，顯然受到干擾，仔細對照電路圖檢查電路后并未發(fā)現有焊接的問題。（3）.在經過仔細的思考與查閱相關資料后，將主要原因鎖定在了相互干擾引起噪聲的原因之上，實驗所給出的原理電路雖然簡單，但該情況為理想狀況之下，而實際焊接過程中沒有考慮到噪聲的干擾與地線的分布問題造成了信號部分紊亂，而此時整體電路已經焊成，較簡單的解決

13、辦法就是增加去耦電容。在實驗過程中，為實驗方便直接將電容焊至電路板的反面以便檢查與更換，再次上電測試，除去上電開始時電路不穩(wěn)定外，四花樣能夠依次穩(wěn)定，周期性變換。4.解決方法：將額外安裝的去耦電容轉移至電路板的正面以使電路更加規(guī)范，上電測試正常完成指定花樣的循環(huán)，待電源穩(wěn)定后再次進行的測試沒有再出現花樣紊亂的情況。五、設計小結通過兩周的課程設計，我們對電子工藝的理論有了更深的了解。其中包括焊普通元件與電路元件的技巧、穩(wěn)壓電源的工作原理等等。這些知識不僅在專業(yè)領域里上有效，在日常生活中更是有著現實意義，也對自己的動手能力是個很大的鍛煉。在實驗中，我們鍛煉了自己動手能力，提高了自己解決問題的能力。

14、通過本次實踐也培養(yǎng)了理論聯(lián)系實際的能力，提高了分析問題和解決問題焊接技術，能夠獨立的完成簡單電子產品的安裝與焊接基本熟悉了電子產品的安裝工藝的生產流程，了解了電子產品的焊接、調試方法。本次課程設計過程，提高了我們的動手能力，制作本次花樣彩燈的過程明顯比之前課程設計熟練，焊接形成的焊點也更加牢靠與美觀，在實驗過程中遇到的最大的問題是線路的排布問題，由于前期在焊電路時沒有充分考慮到排線對電路產生的干擾，導致電路焊接完成，且檢查多次沒有發(fā)現焊接方面的錯誤的情況下不能正常產生實驗結果而會出現部分亂碼的情況。最終在電路原有基礎上增加濾波電容與去耦電容之后，電路可以正常工作。這次課程設計的內容是完成四花樣

15、彩燈控制器，實驗使用5V直流電源本計劃用220V交流電通過變壓器及整流濾波等過程實現，考慮到測試的簡便性，用三節(jié)1.5V干電池串聯(lián)代替。在往后的學習與電路制作提供了很好的經驗，在電路的制作中，布線起著至關重要的作用，不可忽視。布線出現的問題可能導致電路完全不能正常工作，往后的制作應多加注意。本次課程設計過程很好的將書本知識與實際結合起來，現實中電路制作往往不是理想情況，應盡量減少部分與部分之間的干擾。通過本次實驗，我們也對所用芯片有了更深一步的了解，鞏固與加深了所學的知識。雖然，在這次課程設計中，我們遇到了不少的問題。但是還是通過一步步的分析、調試，找出了問題的所在，并逐個解決。更重要的是，通過這次課程設計，我們更加深刻地體會懂到了團隊合作的重要性。團隊合作，使我們不同的方面可以有所互補。我們在電子方面學到的只是很小的一部分知識使我們在不同的方面可以這次的制作也讓我們感受到，我們需要更多的時間來自主學習相關知識。六、附錄元件清單種類元件個數單價芯片74LS16174LS15374LS7474LS16474LS0474LS085551 1