數(shù)電課程設計

1、工程學院課 程 設 計課程名稱電子技術課程設計課題名稱彩燈控制器專業(yè)電氣工程及其自動化班級1102學號0姓名郭昕指導教師田莉2013年 12月 27日工程學院課程設計任務書課程名稱：電子技術課程設計題 目：多功能數(shù)字鐘電路專業(yè)班級：電氣 1102學生：郭昕學號：0指導老師：田莉?qū)?批：田莉任務書下達日期2013年 12月 16日設計完成日期2013年 12月 27日設計容與設計要求一、設計容；該控制器實現(xiàn)以下功能：設計一個8路移存型彩燈控制器，彩燈用發(fā) 光二極管LED模擬；基本要求如下：1. 8路彩燈能演示三種花型（花型自擬）；2. 實現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的變換。二、設計要求：1 .設計電路實現(xiàn)題目

2、要求；2 .設計思路清晰，給出整體世界框圖，提供 總電路圖及基本原理；3. 單元電路設計，給出具體設計思路和電路；4. 安裝、測試電路；5. 故障分析與電路改進；6. 寫出設計報告。主要設計條件1. 在南院四樓“綜合實驗室”和“電子實驗室”調(diào)試2. 提供調(diào)試用試驗箱和電路所需要的原件芯片；說明書格式1、課程設計封面；2、任務書；3、說明書目錄；4、設計總體思路，基本原理和框圖；5、單元電路設計（各單元電路圖）6、總電路設計（總電路圖）；7、安裝、調(diào)試步驟；&故障分析與電路改進；9、總結與設計調(diào)試體會；10、附錄（元器件清單）；11、參考文獻；12、課程設計成績評分表。進度安排第一周 星

3、期一：課題容介紹和查找資料；星期二：總體電路設計和分電路設計；星期三：電路仿真，修改方案星期四：確定設計方案，擬訂調(diào)試方案 ，畫出調(diào)試電路圖，安裝電路；星期五：安裝、調(diào)試電路；第二周 星期一三：安裝、調(diào)試電路；星期四五：驗收電路，寫設計報告，打印相關 圖紙；星期五下午：帶調(diào)試電路板及設計報告書進行答辯， 整理實驗室及其他事情參考文獻1電子線路設計、實驗、測試（第二版） 華中理工大學自美主編2新型集成電路的應用-電子技術基礎課程設計華中理工大學 梁宗善主編3. 電子技術基礎實驗高等教育-大欽主編4電子技術課程設計指導高等教育-鵬介華主編目錄一 課程設計題目（與實習目的） 7（ 一 ）、 題 目

4、： 多 路 彩 燈 控 制 器 7（ 二 ）、 實 習 目 的 ： 7二 總體方案的選擇 7（ 1 ） 總 體 方 案 的 設 計 7（ 2 ） 總 體 方 案 的 選 擇 8三 單元電路的設計 9（1）花型演示電路 9（ 2 ） 花 型 控 制 信 號 電 路 13（3）節(jié)拍控制電路 14（4）時鐘信號電路原理圖 16四 總體電路圖（見附頁） 18五 電路組裝后，實際測量的各個單元電路的輸入、輸出信號波形 18六 安裝、調(diào)試過程 21七 故障 分析 與電 路改 進 22（ 一 ）、 鞏 固 數(shù) 電 知 識 23（二）、學會用電路板、芯片、導線等組裝各種功能的電路； 23（ 三 ）、 和 同

5、學 共 同 合 作 、 互 相 學 習 、 共 同 進 步 24八 總結 ： 24九 附錄（元器件清單）： 25十 參考文獻。 25課程設計題目（與實習目的）（一）、題目：多路彩燈控制器（二）、實習目的：1.進一步掌握數(shù)字電路課程所學的理論知識。2 熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應用，并掌握其工作 原理，進一步學會使用其進行電路設計。3了解數(shù)字系統(tǒng)設計的基本思想和方法，學會科學分析和解 決問題。4.培養(yǎng)認真嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和實事的工作態(tài)度。5數(shù)點課程實驗是大學中為我們提供的唯一一次動手實踐的 機會，增強動手實踐的能力?？傮w方案的選擇（1）總體方案的設計針對題目設計要求，經(jīng)過分析與思考，擬定以下

6、二種方案： 方案一：總體電路共分三大塊。第一塊實現(xiàn)花型的演示；第塊實現(xiàn)花型的控制；第三塊實現(xiàn)時鐘信號的產(chǎn)生。主體框圖如下：方案二：在方案一的基礎上將整體電路分為四塊。第一塊實現(xiàn) 花型的演示；第二塊實現(xiàn)花型的控制；第三塊實現(xiàn)節(jié)拍控制；第 四塊實現(xiàn)時鐘信號的產(chǎn)生。并在部分電路的設計上與方案一采用 了完全不同的方法，如花型的控制。主體框圖如下：根據(jù)所提供的實驗器材各模塊總體思路如下: 時鐘信號CP電路：參見高等教育 王淑銀主編的數(shù)字電路與邏輯設計課本P404圖10-3-6（ a）;花型控制電路：由1614位二進制同步計數(shù)器完成；花型演示電路：由195雙向移位寄存器完成（可左移右移完成花型變化）；節(jié)拍

7、控制電路：節(jié)拍變化由151八選一數(shù)據(jù)選擇器完成，節(jié)拍的快慢變化可有74雙上升沿D觸發(fā)器完成，它可實現(xiàn)二分頻（2）總體方案的選擇方案一與方案二最大的不同就在，方案一是基于基本要求而設計的，方案二加入了節(jié)拍的變化，花型控制電路和花型演示電 路的CP都是節(jié)拍控制之后的CP。兩種方案的基本思路相同，將整個設計電路的功能模塊化， 設 計思想比 較簡單 。元 件 種類 使用少 ，且 都較熟悉 易于組裝 電路。 這么設計的出發(fā)點是：電路設計模塊化，易于檢查電路，對后面 的電路組裝及電路調(diào)試都很方便?；ㄐ涂刂齐娐泛唵?，花型也 比較簡單。由于在設計的構想時期，已經(jīng)確定將電路模塊化，設計的過 程中又已經(jīng)將節(jié)拍控制

8、電路設計出來，通過仿真軟件也實現(xiàn)了設 計要求分頻。方案二同時完成了選做的要求，只要確保每一 模塊實現(xiàn)其功能方案二并不難也不復雜，為了確保短時間完成課 程設計和高效率，我選擇了方案二。三 單 元 電路的設 計（ 1）花 型演 示電 路由二片移位寄存器 194 實現(xiàn)。其八個輸出信號端連接八個發(fā)光二 極管，用其輸出信號控制發(fā)光 二級管的亮 滅實現(xiàn)花型演示。而花型之 間 的 變 化 通 過 花 型 控 制 電 路 的 輸 出 即 161 級 聯(lián) 的 計 數(shù) 器 輸 出 控 制（ 它 們由同一個CP脈沖控制）。三種花型變換樣式花型 1：8 路燈分兩半。 從左至右漸亮，全亮后，再分兩半從左至 右漸滅。 循

9、 環(huán)兩次；花型 2：從中間到兩邊對稱地逐次漸亮，全亮后仍由 中間到兩邊逐 次漸滅。 循 環(huán)兩次；花型 3：從 左至右順 次漸亮。 全亮后逆序漸滅。 循環(huán)兩次。 移存器輸出狀態(tài)編碼表節(jié)拍序號花型1花型2花型310000000000000000000000002100000000001100010001000311000000001111001100110041110000001111110111011105111100001111111111111111611111000111001110111011171111110011000011001100118111111101000000100010

10、0019111111111001111111110011111112000111111300001111140000011115000000111600000001我的設計是每種花型完整顯示兩遍，所以三種花型完全顯示一遍 需要的總結拍數(shù)為64 ,即116顯示第一個花型，1732顯示第二個 花型，3364顯示第三個花型。要用194實現(xiàn)三個花型的連續(xù)顯示必須對兩片194的S1、SO和 SL、SR 一句節(jié)拍的變化進行相應的改變，通過161的輸出反饋來控 制經(jīng)過觀察每16個CP低位片輸出Q1 Q4變化比較頻繁,根據(jù)變化的 花型頻率選用高位片的Q5 Q6去控制194的SL、SR、S1、SO的變化從而實現(xiàn)

11、滑行的變化?，F(xiàn)將兩片194分為低位片1和高位片2，再將其輸出端從低位到高位記為L1L8。列出各花型和其對應的194的194低位片qq010XX1AL8XSL=AL801Qb 0AL8AL81XAL8列出卡諾圖分析S1、SO、SL、SR的輸入信號及節(jié)拍控制信號列表如下：（用ALi表示Li的取非）花型低位片咼位片節(jié)拍控制信號SLSRS1SOSLSRS1S0Qa Qb1XAL801XL40100XAL801XL401102AL8X10XAL801013XAL801XAL80111SL=A ( Q . aq b)SR=AL8S1=0Q010AL8AL81L4X L4SR=a Q b .L4 + QB

12、. AL8 QA Qb、01011111S0=1由上圖分析可以得到控制194高、低位片的左移右移變化控制端S1、 SO以及串行輸入端的由161的輸出端Q、Qb和本身輸出端L4和AL8 控制。用去Q Q表示161從低位到高位的個輸出端?？刂平Y果表達式如下：194低位片194高位片S1=Qf . a Q ES仁0S0=AS1S0=1SL=AL8SL=XSR=AL8SR=CB . al8 +aq b . L4電路圖如下：VLI：lhiecjv *n劌U7B74LS04N-;74LS1WMJL4?ta.> >CL£-.1. 55 rLJlLED3LE£W :歹ST ，I

13、FD?譽50血UfA20ziji2n :IML-50UU74L$e4HF4LS1MN - I樣口U10A"MMLED8加（2）化型控制信號電路由二片161級聯(lián)的模128 （三種花型節(jié)拍每種顯示兩遍，再總體 重復一遍的總節(jié)拍數(shù)）計數(shù)器。161的級聯(lián)用的是同步，并用9H清零。當三種花型全新顯示一遍后（總共64拍）161的輸出變?yōu)?0000100 所以將161高位片的Q2（即Qg）信 號輸給節(jié)拍控制電路的151的A來通過節(jié)拍控制電路改變第二遍花型顯示的頻率。161的CP脈沖來 自節(jié)拍控制電路中74LS151的輸出端丫。電路圖如下：(3) 節(jié)拍控制電路由一片151和一片74級聯(lián)實現(xiàn)。整體上實

14、現(xiàn)脈沖頻率的變換,即交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍令74的Vcc , CLR , PR都接高電平，將AQ的輸出接到D端，Q 端的輸出接到151的D1端。令151的B,C,G,GND,D2D7 接低電平， Vcc接高電平，D0接時鐘信號的CP脈沖，A端接由花型控制電路的 QG 輸出。所以Y端的輸出就為：Y=C P - aa+ Q A（Q 是 74D 觸發(fā)器的輸出端）由 D 觸發(fā)器具有記憶功能，記錄上一 個狀態(tài)，所以在每一個CP脈沖的上升沿，Q輸出為上一次的記錄（即 一個脈沖）。也就比時鐘信號電路的CP脈沖慢了 一拍。所以通過 A 為 0或 1 選擇 Y 端輸出的脈沖的頻率。 A 端接的是 161 的高位片的

15、QC 即當?shù)竭_第 64拍時 QC 為 1 接下來的 65128 拍 為變慢后的脈沖輸出。電路 圖如 下:口口 口口 口口 口口c 1 i H 屮=_ -更 -J J 5 R- J -u ± JA3C4HLS151N1.UH.-.-8 - -8 ->1CLK -15,4"V4L574N *(4) 時鐘信號電路原理圖由一片555加上適當電容及電阻實現(xiàn)電容取：4.7卩f0.01卩f電阻?。?50 k Q 4.7 k Q電路圖如下：vccvccRSTCOTDISTHRTRIcanC1XZ：100nF :R2 :150 虬5VG-MD"Al555 VIRTUAL四總體

16、電路圖（見附頁）§ wrr和t”5卅U4AIbCMJi_*4L3O9Dr4L£l34HLErrrLED?U7ATJLlfeTN'_LLEDSMHILI136 F4LSqOCi Fna*ML5O4JIS0i4N I2D ULSOT074L-31EnLE：8注：由于仿真畫圖時芯片復雜，CP產(chǎn)生電路產(chǎn)生用電源代替（已試驗， 可以等效）。五電路組裝后，實際測量的各個單元電路的輸入、輸出信號波形1 .基本CP脈沖產(chǎn)生電路波形圖與分頻電路波形圖2.測試波形：（列依次為CP脈沖,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D 即 Qa-Q h）花型一：花型二：花型三：六

17、安 裝 、調(diào)試過 程本次數(shù)字電路課程設計總共用了 4 天完成的，這幾天都在學習 思考，每一天都有所收獲，都有所進步。第一天剛 剛分到題 目 的時 候有 些興 奮和 激動 ，數(shù) 電的基礎 不差， 加 上 數(shù) 電 試 驗 都 是 踏 踏 實 實 認 真 完 成 的 。 對 于 161 、 194 和 其 他 器 件 的 功 能 和 應 用 都 很 熟 悉 。但 是 在 具 體 設 計 電 路 時 出 現(xiàn) 了 疑 惑 。用 194 去實現(xiàn)一個花型很簡單，如果 是三個分開比較麻煩，但是本次設計要 同 時 實 現(xiàn) 三 個 花 形 ，是 通 過 151 來 選 擇 呢 還 是 是 手 動 呢 ？ 手 動

18、有 些 不 切實際。經(jīng)過思考沒有得到解決，只覺得 161 的計數(shù)器如果不去反饋 控 制 194 的 變 化 ，那 么 它 的 存 在 價 值 不 大 ，接 下 來 我 看 了 一 些 參 考 書 籍，大 概有了自己的思路，于 是開始設計，我 用了學 校發(fā)的教 材里 所 提 供 的 前 兩 種 ，并 在 網(wǎng) 上 找 了 一 些 資 料 后 ，我 自 己 也 在 前 兩 種 的 基 礎 上 設 計 了 幾 種 。所 以 剛 開 始 的 幾 天 就 一 直 在 想 怎 樣 將 三 種 花 型 銜 接 起 來 ， 書 中介 紹 比 較 粗 略 ， 但 并 不 影 響 設 計 ， 只 要 知 道 S1、

19、 S0、 SL、 SR的作用即可。還是在思考一下，如果給161和194的CP是同步的 那么就每來一個上升沿 161 計數(shù)一次同時 194 的變化一次，每個花型 需要的CP脈沖數(shù)是固定的，也就是說只要通過計數(shù)器的反饋就可以 控制滑行之間的轉換。但是 161 的輸出端有 8 各，具體怎么控制呢？ 想不通的，就回歸到數(shù)電課本上去，列出狀態(tài)轉移表，來找規(guī)律。通 過觀察終于成功用兩個 161 的輸出端來反饋， 這樣電路就非常簡單 了，還能實現(xiàn)功能，經(jīng)過一天的努力拼搏終于把它解決，真的很有成 就感。期間確實遇到了許多問題，但經(jīng)過課本和網(wǎng)絡的資料在向老師 詢 問才 得以 把它 解決。第二天，由于已經(jīng)設計好，

20、我們就準備找老師檢查我們的仿真 圖 ，由 于 我 們 這 組 十 人 ，所 以 分 了 兩 組 ，我 們 這 組 與 另 一 組 的 有 些 不 同，但原理基本上差不多，老師看見我們仿真的很成也很欣慰。第三天我們就去老師那里領取器材，便開始進行最近單元CP脈沖產(chǎn)生電路。因為書上有完好的電路圖直接照著連就0K?？?是問題并不是想的那么簡單，因為我一開始操作就不知道怎樣布線才 合理，常出現(xiàn)看著電路圖 不知道這條線該走哪兒連過去，看過老師的 示電路板的布線后，特別的佩服，所以當然要學習了，于是自己也那 樣連線，盡量走直線。連完時鐘電路后，滿以為會很成功，因為我的 電路連得很簡潔，隨后我就繼續(xù)連接其他

21、的芯片，看著電腦的仿真圖 大約用了一個多小時去連線，最終聯(lián)好了，正當我們欣喜不已的時候， 結果通上脈沖信號電后燈居然不能按仿真圖上那樣運行，檢查電路沒 什 么 問 題 ，我 開 始 不 知 所 措 ，但 我 沒 有 放 棄 ，我 就 逐 步 的 檢 查 看 那 里 出 了 錯 誤 ，仿 真 沒 錯 的 話 那 肯 定 是 接 線 的 錯 誤 ，所 以 經(jīng) 過 我 仔 細 檢 查 后 ，最 終 花 了 一 下 午 的 時 間 把 它 給 接 好 。 555 芯 片 在 仿 真 圖 里 面 是 沒 有的，所以需要重新制作，但經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn) 555 可用脈沖信號 代替。第四天我們開始叫老師檢查，

22、燈的花絮確實像昨天仿真的那樣 按 次 序 亮 ，經(jīng) 老 師 檢 查 無 誤 并 記 錄 我 們 的 名 字 后 我 們 這 一 組 的 課 程 設 計就算圓滿成功了。七 故障分析與電 路改進本次課程設計我只用了一個星期的時間就全部做完，效率很高， 因為在設計之前根據(jù)設計的要求，每個模塊都仔細的設計分析了，正是整個過程我都認真的態(tài)度和方案選擇合適，才有這么高的效率。而 且從本次課程設計中收獲很多?？梢钥偨Y為以下的幾點：（一）、鞏固數(shù)電知識這次課程設計主要是運用數(shù)字電路邏輯設計的一些相關知識， 在整個實習過程中，都離不開對數(shù)字電路課程知識的再學習。我在最 開始，就先將實習用到的知識通過翻閱數(shù)電書回

23、顧了一遍（這也是對 這門課的復習，給以后的復習備考減少了很多負擔），這樣的回顧讓 我對知識的理解更加透徹，對后來的快速設計起了很好的鋪墊作用。 而且還參考了數(shù)字電路實驗指導書，關于芯片的管腳，里面有詳細的描述。（二）、學會用電路板、芯片、導線等組裝各種功能的電路；雖然這不是第一次用電路板，因為之前的課實驗也用過，但當 時的運用也只是囫圇吞棗的感覺。這次的實習中應用了整塊板子，實 習后對電路板的組成完全了解了，并能熟練運用。實習過對電路的連 接也懂得了如何通過設計的分析對所連電路的整體布局，如何更好的 放置芯片在最合適的位置。在導線的連接上，如何選擇導線走向是關 鍵，我們應該盡量保證所連電路的簡

24、捷，寧短勿長，合理布線。一個 完美的作品不僅要能很好的完成要現(xiàn)功能，還要在感官上給人美的享 受。所以站在美的角度對自己的電路進行改良是很必要的。（三）、和同學共同合作、互相學習、共同進步最初大家沒思路的時候，特別的著急，我 想出來了，大家問我， 我 就 說 了 我 的 思 路 ，我 們 不 是 抄 襲 ，只 是 探 討 ，每 個 人 都 理 解 了 才 開 始 設 計 ，我 做 的 循 環(huán) 兩 遍 ，他 們 的 都 不 是 。我 們 的 設 計 不 同 ，我 只 是 給 大 家 啟 發(fā) 了 一 個 思 考 點 。理 論 上 我 先 設 計 出 來 ，但 在 實 習 中 經(jīng) 常 會 遇 到 一

25、些 自 己 可 能 暫 時 無 法 想 明 白 的 問 題 ，請 教 同 學 或 老 師 是 很 好 的 做 法 ，節(jié) 省 時 間 ，也 會 從 別 人 身 上 學 到 更 多 。在 設 計 時 和 同 學 相 互 交 流 各 自 的 想 法 也 是 很 重 要 的 ，不 同 的 人 對 問 題 的 看 法 總 有 差 異 ，我 們 可以從交流中獲得不同的意見，他人的設計也可能有比你出色的地 方 ，很 好 的 借 鑒 ，并 在 大 家 的 商 討 中 選 擇 最 優(yōu) 方 案 最 終 一 定 會 得 到 最 好的設計方法，所以團結合作在一個團隊里面是很重要的。八 總 結 ：本次試驗中包括CP的產(chǎn)生電路用的555芯片，但我覺得555芯 片國語復雜，所以我就用脈沖信號代替。基本電路我用了 6芯片（兩 片 161 、兩 片 194 、一 片 00、一 片 04），分 頻電 路用 74 和 151 實現(xiàn) ， 一共用了 8個芯片。是目前我想出的用最少的器件，最簡單的布線來 實現(xiàn)所要求的功能。從電路圖的設計、實現(xiàn)、仿真、實驗報告， 都是自己思考和動 手 。 掌 握 了 Multisim 的 用 法 ， 感 覺 這 款 軟 件 的