數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)八路花樣燈控制設(shè)計(jì)

1、摘要數(shù)字電路八路花樣燈控制電路是利用數(shù)字邏輯電子元件連接而成，具有8個(gè)受控制的輸出端，通過輸出8個(gè)有規(guī)律的信號(hào)以達(dá)到控制8個(gè)LED燈的目的。選擇不同的芯片和不同的連接方式都會(huì)產(chǎn)生不同的控制信號(hào)并產(chǎn)生不同的花樣燈。本次課題設(shè)計(jì)要求8個(gè)LED燈最少要實(shí)現(xiàn)16種具有一定規(guī)律的花樣燈。其實(shí)現(xiàn)方法有兩種：第一種是最常見的，即由數(shù)字邏輯電路元件組成控制電路；第二種則是利用51單片機(jī)，通過編程控制輸出電路。由于實(shí)驗(yàn)室不能提供單片機(jī)并且本學(xué)期數(shù)電課程與單片機(jī)關(guān)系不大，因此本次設(shè)計(jì)決定棄用第二種方法，使用第一種方法。最終實(shí)現(xiàn)方案是：利用555時(shí)鐘芯片產(chǎn)時(shí)鐘脈沖，一片74LS161產(chǎn)生分頻脈沖，兩片74LS161

2、用于計(jì)數(shù)，最后用兩片74LS194寄存器實(shí)現(xiàn)右移。一、 課題要求1、設(shè)計(jì)目的鞏固和加深對(duì)電子電路基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)的能力。培養(yǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)需要選學(xué)參考書籍，查閱相關(guān)手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件、電路組裝、調(diào)試和檢測(cè)等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和性能指標(biāo)的測(cè)試方法，提高學(xué)生動(dòng)手能力和進(jìn)行數(shù)字電子電路實(shí)驗(yàn)的基本技能。2、設(shè)計(jì)課題及其技術(shù)要求基本功能有一個(gè)時(shí)鐘電路。有八個(gè)LED發(fā)光二極管輸出電路。至少16種變化的花樣控制。增加功能：64種以上變化的花樣控制。3、給定條件及元器件

3、要求電路主要選用中規(guī)模TTL集成電路74系列。（不能用專用集成電路）。本設(shè)計(jì)要求在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上完成。電源電壓為5V。二、方案論證經(jīng)過分析，要實(shí)現(xiàn)以上功能并符合課題設(shè)計(jì)的要求一共有兩種方案可供選擇，其主要差別是使用的芯片不同，以下是兩種方案的簡(jiǎn)要介紹。方案一：電路使用的芯片有：555時(shí)鐘芯片1個(gè)、74LS161芯片3個(gè)、74LS194芯片2個(gè)、74LS32芯片1個(gè)。為測(cè)試其是否能正常工作，我們使用Proteus模擬軟件畫出了模擬電路圖，經(jīng)軟件測(cè)試，電路能正常工作，并實(shí)現(xiàn)256種花樣燈。以下是方案一模擬電路圖。方案一模擬電路圖：方案二：電路使用的芯片有：555時(shí)鐘芯片1個(gè)、74LS161芯片3

4、個(gè)、74LS194芯片2個(gè)、74LS165芯片1個(gè)。方案二與方案一在芯片使用上的差別是把方案一中的74LS32芯片換成了74LS165芯片，但其工作原理有較大的差別。同樣的，為測(cè)試其是否能正常工作，我們也使用Proteus模擬軟件畫出了模擬電路圖，經(jīng)軟件測(cè)試，電路能正常工作，并實(shí)現(xiàn)256種花樣燈。以下是方案二模擬電路圖：（見下頁）方案二模擬電路圖：經(jīng)摸擬得出的結(jié)果是兩種方案都可實(shí)現(xiàn)課題要求的功能，但后來在實(shí)驗(yàn)室尋找芯片時(shí)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室并未提供方案二中的74LS165芯片，而方案一中所使用的芯片都有提供，所以我們不得不放棄方案二。最終我們采用的是方案一。三、單元電路設(shè)計(jì)1、時(shí)鐘發(fā)生電路時(shí)鐘發(fā)生電路

5、如右圖所示：由一片555時(shí)鐘芯片、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電組成。通過調(diào)整電阻和電容的大小可以改變時(shí)鐘發(fā)生的頻率，時(shí)鐘輸出引腳為第3引腳。此處設(shè)定的時(shí)鐘頻率為1Hz，即一秒鐘發(fā)出一個(gè)高電平脈沖。2、時(shí)鐘分頻電路時(shí)鐘分頻電路如右圖所示：本方案采用一片74LS164計(jì)數(shù)芯片做分時(shí)鐘分頻電路，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘脈沖8分頻。由于從555時(shí)鐘芯片發(fā)出的時(shí)鐘頻率為1Hz，所以右移電路每8秒為一個(gè)右移周期。也就是說，每經(jīng)過8秒鐘必須給移位寄存器74LS194芯片的移位控制引腳S1一個(gè)高電平脈沖（S0引腳已接地）。此時(shí)鐘分頻電路中74LS161計(jì)數(shù)器的11和15引腳每隔8秒鐘交替輸出一個(gè)高電平脈沖。3、8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路計(jì)數(shù)電

6、路由兩片74LS161計(jì)數(shù)器組成，每一片74LS161可實(shí)現(xiàn)4位二進(jìn)制的計(jì)數(shù)，兩片剛好可組成一個(gè)8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)從0-255的計(jì)數(shù)，并最終經(jīng)右移電路實(shí)現(xiàn)256種花樣燈。8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖：4、右移電路右移電路由兩片74LS194組成。每一片74LS194可以實(shí)現(xiàn)4位的左移或右移。只要把兩片74LS194之間的RS引腳與Q3引腳互相連接即可把它們組成一個(gè)8位的移位器，并可實(shí)現(xiàn)左移和右移功能。以下是74LS194功能表和右移電路。74LS194功能表RDS1S0工作狀態(tài)0XX置零100保持101右移110左移111并行輸入右移電路5、八路LED燈八路LED燈電路圖如右圖所示：每個(gè)LED

7、燈右端接一個(gè)180歐的電阻并接地。 只要輸入端為高電平即可點(diǎn)亮LED燈。6、總電路圖四、電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決的方法1、由于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備已經(jīng)老化，在組裝電路過程中，經(jīng)常會(huì)有部分電路是斷路的而導(dǎo)致調(diào)試失敗。解決方法：用萬用表測(cè)定每一根電線，確認(rèn)電線正常才用于實(shí)驗(yàn)。2、面包板上經(jīng)常有一些壞格子，導(dǎo)致線接進(jìn)去或者芯片插上后接觸不良。解決方法：改變布線，使整個(gè)電路都接觸良好。3、在時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路和161計(jì)數(shù)部分組裝完成后就已經(jīng)進(jìn)行了調(diào)試，沒有問題；到完全組裝完成后，加上電源，卻沒有成功。解決方法：檢查時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路。用萬用表測(cè)量各個(gè)芯片的電源電壓和地，發(fā)現(xiàn)很多管腳都出現(xiàn)了2.2V左右

8、的電壓，后來發(fā)現(xiàn)原來面包板地和電源不是完全導(dǎo)通的，用導(dǎo)線從中間接上后，發(fā)光二極管開始有花形變化。4、前幾種花形是完全正確的，但是后面的花形逐漸變得混亂。解決方法：仔細(xì)檢查電路，查出連接錯(cuò)誤。 五、心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)難度相對(duì)較大，本來我對(duì)于51單片機(jī)和單片機(jī)編程比較熟悉，用51單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)課題的設(shè)計(jì)，但實(shí)驗(yàn)要求里并不準(zhǔn)許使用單片機(jī)，只好放棄。在領(lǐng)到課題后開始查閱設(shè)計(jì)相關(guān)的芯片資料，關(guān)開始用Proteus模擬軟件設(shè)計(jì)電路?；巳旌罂偹阍O(shè)計(jì)出了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)256種花樣燈的電路，即方案二?？墒堑诙烊?shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室里并沒有我設(shè)計(jì)的方案里要用到的74LS165芯片，無奈只好放棄已做好的設(shè)計(jì)方案。過后再次重新設(shè)計(jì)，用了不同的芯片，其中的電路邏輯也改變了，雖然花了大量的時(shí)間，最終設(shè)計(jì)出了一種新的方案，即方案一。在設(shè)