四路彩燈顯示系統(tǒng)-數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題名稱 四路彩燈顯示系統(tǒng) 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電氣0781班 學(xué) 號(hào) 200713010110 姓 名 指導(dǎo)教師 趙振興 2010 年 1 月10日湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 題 目：四路彩燈顯示系統(tǒng) 專業(yè)班級(jí)： 電氣0781 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 10 指導(dǎo)老師： 趙振興 審 批：任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 2010 年 1 月 4 日設(shè)計(jì)完成日期 2010 年 1 月 10 日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求 一、 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：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

2、環(huán)顯示。程序由三個(gè)節(jié)拍組成：第一節(jié)拍時(shí)，四路輸出Q1Q4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)，Q4Q1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)，Q1Q4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秒用發(fā)光二極管顯示彩燈系統(tǒng)的各節(jié)拍；功能擴(kuò)展（自選）二、設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；設(shè)計(jì)各單元電路，給出具體設(shè)計(jì)思路、電路器件；總電路設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)仿真安裝調(diào)試電路；寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告；主要設(shè)計(jì)條件提供直流穩(wěn)壓電源、示波器； 提

3、供 TTL集成電路芯片、電阻、電容及插接用面包板、導(dǎo)線等。說(shuō)明書(shū)格式課程設(shè)計(jì)封面；課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；說(shuō)明書(shū)目錄；設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖；單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）；總電路設(shè)計(jì)（總電路圖）；安裝、調(diào)試步驟；故障分析與電路改進(jìn)；總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)；附錄（元器件清單）；參考文獻(xiàn)；課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)分表。進(jìn) 度 安 排 第一周 星期一 上午 安排任務(wù)、講課。 星期一 星期五上午 查資料、設(shè)計(jì)第二周計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試元器件調(diào)試單元電路調(diào)試總電路調(diào)試驗(yàn)收寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 星期五下午 答辯地 點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)樓四樓 電子綜合實(shí)驗(yàn)室 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc251268935 第

4、一章系統(tǒng)組成及工作原理 PAGEREF _Toc251268935 h 7 HYPERLINK l _Toc251268936 設(shè)計(jì)總體思路 PAGEREF _Toc251268936 h 7 HYPERLINK l _Toc251268937 基本原理 PAGEREF _Toc251268937 h 8 HYPERLINK l _Toc251268938 框圖 PAGEREF _Toc251268938 h 8 HYPERLINK l _Toc251268939 第二章單元電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc251268939 h 8 HYPERLINK l _Toc251268940 時(shí)鐘脈

5、沖產(chǎn)生電路 PAGEREF _Toc251268940 h 9 HYPERLINK l _Toc251268941 具體實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc251268941 h 9 HYPERLINK l _Toc251268942 循環(huán)控制電路 PAGEREF _Toc251268942 h 10 HYPERLINK l _Toc251268943 具體實(shí)現(xiàn)： PAGEREF _Toc251268943 h 11 HYPERLINK l _Toc251268944 彩燈花樣輸出電路 PAGEREF _Toc251268944 h 11 HYPERLINK l _Toc251268945 運(yùn)用到7

6、4LS194功能表 PAGEREF _Toc251268945 h 12 HYPERLINK l _Toc251268946 通過(guò)12進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端的C、D信號(hào)控制移位寄存器的S0和S1及其端真值表 PAGEREF _Toc251268946 h 13 HYPERLINK l _Toc251268947 彩燈花樣輸出電路接線圖 PAGEREF _Toc251268947 h 14 HYPERLINK l _Toc251268948 第三章總電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc251268948 h 15 HYPERLINK l _Toc251268949 第四章實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析 PA

7、GEREF _Toc251268949 h 16 HYPERLINK l _Toc251268950 結(jié)果的調(diào)試及分析 PAGEREF _Toc251268950 h 16 HYPERLINK l _Toc251268951 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 PAGEREF _Toc251268951 h 16 HYPERLINK l _Toc251268952 測(cè)試電路的方法和技巧: PAGEREF _Toc251268952 h 16 HYPERLINK l _Toc251268953 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法： PAGEREF _Toc251

8、268953 h 16 HYPERLINK l _Toc251268954 彩燈只有一種花樣變化，沒(méi)有其它的花樣： PAGEREF _Toc251268954 h 16 HYPERLINK l _Toc251268955 彩燈無(wú)規(guī)律變化： PAGEREF _Toc251268955 h 16 HYPERLINK l _Toc251268956 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： PAGEREF _Toc251268956 h 16 HYPERLINK l _Toc251268957 第五章總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì) PAGEREF _Toc251268957 h

9、17 HYPERLINK l _Toc251268958 第六章附錄 PAGEREF _Toc251268958 h 18 HYPERLINK l _Toc251268959 元器件清單： PAGEREF _Toc251268959 h 18 HYPERLINK l _Toc251268960 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc251268960 h 18系統(tǒng)組成及工作原理設(shè)計(jì)總體思路根據(jù)課程設(shè)計(jì)課題要求，要實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路，循環(huán)控制電路和彩燈花樣輸出電路。時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路由74LS161分頻實(shí)現(xiàn)，循環(huán)控制電路由74LS161和7420實(shí)現(xiàn)，彩燈花樣輸出電路由74LS

10、194和相關(guān)邏輯電路實(shí)現(xiàn)?；驹碛稍O(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?？梢杂靡粋€(gè)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生脈沖信號(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?？驁D移位計(jì)數(shù)器74LS19112進(jìn)制循環(huán)控制器多 諧 振 蕩 器彩 燈 顯 示 輸 出16進(jìn)制

11、分頻計(jì)數(shù)器單元電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路用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=20KF由公式（1圖. 時(shí)鐘電路具體實(shí)現(xiàn) 74LS161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。循環(huán)控制電路 12進(jìn)制循環(huán)控制電路示意圖(74LS161由74163代替)具體實(shí)現(xiàn)：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

12、，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00001011，檢測(cè)1100（異步清零）。彩燈花樣輸出電路運(yùn)用到74LS194功能表輸 入輸 出功 能/CRS1S0CPSLSRD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q300000清 零111d0d1d2d3d0d1d2d3送 數(shù)10111Q0nQ1nQ2n右 移1100Q1nQ2nQ3n0左 移通過(guò)12進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端的C、D信號(hào)控制移位寄存器的S0和S1及其端真值表CLK時(shí)間節(jié)拍QDQCS0S1SRSL74LS194動(dòng)作0脈沖B1第一節(jié)拍00101*右移112001023001034001

13、045第二節(jié)拍0101*0左移05601016701017801018脈沖A9第三節(jié)拍1011*送清零9101110101011111011121113141215由上表由：CLR（*A+QD）進(jìn)一步分析可知脈沖控制：（*A+QD）*+B彩燈花樣輸出電路接線圖總電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析結(jié)果的調(diào)試及分析調(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

14、。調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：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，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。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。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：原因可能

15、是控制循環(huán)的進(jìn)制計(jì)數(shù)器沒(méi)有真確接線，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)?？偨Y(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)當(dāng)完成這次課程設(shè)計(jì)后，感覺(jué)很有成就感，因?yàn)閺碾娐吩O(shè)計(jì)到電路仿真，接線，測(cè)試都是自己獨(dú)立完成。第一次真正體會(huì)到將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中的快樂(lè)，最終得到了完美的結(jié)果，但是最重要的是經(jīng)歷一次如此難忘的過(guò)程。設(shè)計(jì)電路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就應(yīng)該有層次有條理的探索下去，只要堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)和判斷，就一定能實(shí)現(xiàn)，即便最后發(fā)現(xiàn)走進(jìn)了死胡同，但是探索設(shè)想與求證的過(guò)程卻是通往另一條道路必不可少的環(huán)節(jié)。在完成這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我也有參考相關(guān)的設(shè)計(jì)課題，甚至還花了

16、很長(zhǎng)的時(shí)間去弄清楚別人的設(shè)計(jì)，以至于后來(lái)被束縛住，對(duì)自己的設(shè)計(jì)沒(méi)有了頭緒。學(xué)習(xí)吸收別人的長(zhǎng)處是應(yīng)該的，但是不能完全沉浸進(jìn)去，要有自己的思路和觀點(diǎn)，并且努力去實(shí)現(xiàn)。這就是快樂(lè)的最大源泉。在完成設(shè)計(jì)的過(guò)程中自己不斷解決了一個(gè)個(gè)的難題，要通向最后的成功，絕不會(huì)一蹴而就，飯要一口一口地吃，路要一步一步地走，做事要踏實(shí)，實(shí)事求是，不能好高騖遠(yuǎn)。在電路接線過(guò)程中，也出現(xiàn)了很多問(wèn)題，問(wèn)題多并不可怕，可怕的是在反復(fù)的受挫中沒(méi)有革新，不能改進(jìn)自己的方法和思路。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電子技術(shù)中的諸多知識(shí)有了更深層次的理解，也初步學(xué)會(huì)了如何將理論知識(shí)有機(jī)地與實(shí)際結(jié)合加以運(yùn)用。這是一次獲益匪淺的實(shí)習(xí)。附錄元器件清單：555定時(shí)器，模十六計(jì)數(shù)器74LS161， 與門(mén)74LS09，與非門(mén)74LS20，非門(mén)74LS04，或門(mén)74LS32。74LS194雙向移位寄存器，發(fā)光二極管等。參 考 文 獻(xiàn)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)歷雅萍、易映萍編電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 彭介華、主編 高等教育出版社電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試 謝自美主編華中理工出