數(shù)字電路多路彩燈課程設(shè)計報告

..數(shù)字邏輯課程設(shè)計報告——多路彩燈控制器學(xué)院名稱：計算機(jī)學(xué)院學(xué)生：佳新〔24〕專業(yè)名稱：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級：計科1102實習(xí)時間：2013年6月3日——2013年6月14日一.實驗?zāi)康?.掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識，學(xué)會將數(shù)電理論用于實際電路中去。2.熟悉常用集成數(shù)字芯片，并掌握其根本原理，學(xué)會使用它們進(jìn)展電路設(shè)計。3.了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的根本思想和方法，學(xué)會科學(xué)分析和解決問題。4.學(xué)會使用面包板測試設(shè)計好的邏輯電路，并使用萬用表進(jìn)展調(diào)試排錯，提高動手操作能力。5.培養(yǎng)獨立完成電路的能力，初步學(xué)會自主設(shè)計、連接、調(diào)試數(shù)字電路。6.培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)習(xí)慣和實事的學(xué)習(xí)態(tài)度。二.實驗要求1.彩燈控制器設(shè)計要求設(shè)計一個8路移存型彩燈控制器，要求：(1).8路彩燈能演示三種花型〔花型自擬〕?！?).彩燈用發(fā)光二極管代替(3).選做：實現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的變換。2.課程設(shè)計的總體要求(1)．設(shè)計電路實現(xiàn)題目要求。(2)．電路在功能相當(dāng)?shù)那闆r下設(shè)計越簡單越好。(3).注意布線，要直角連接，選最短路徑，不要相互穿插。(4).注意用電平安，所加電壓不能太高，以免燒壞芯片和面包板?！?).每個單元電路先獨立組裝，獨立測試，功能正確后，單元電路之間才能互聯(lián)。〔6).所有發(fā)光二極管都要接限流電阻，阻值在100－500Ω之間?！?).所有器件的多余輸入端不允許懸空，請按實際情況做適宜的處理。(8).電路中的高電平正常情況下>3V，低電平正常情況下<0.4V。介于二者之間的電平為非正常電平，會造成邏輯錯誤。(9)．嚴(yán)禁帶電插、拔元件及導(dǎo)線。三.實驗所需器材器件數(shù)量器件數(shù)量5551面包板174LS741發(fā)光二極管874LS161274LS00274LS194274LS1511電阻100Ω2電容0.01μf1電阻4.7kΩ1電容4.7μf1電阻150kΩ1鉗子1萬用表1導(dǎo)線假設(shè)干花型演示電路花型控制電路節(jié)拍控制花型演示電路花型控制電路節(jié)拍控制電路時鐘信號電路利用555定時器產(chǎn)生周期為0.5秒的CP脈沖，再經(jīng)過74LS74〔雙上升沿觸發(fā)器〕將其二分頻產(chǎn)生1.0秒節(jié)拍，再用74LS151八選一數(shù)據(jù)選擇器選擇一種節(jié)拍，用74LS74和74LS151級聯(lián)交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍。用兩片74LS161級聯(lián)控制74LS194實現(xiàn)不同的花型，并使用反應(yīng)清零法，再用兩片74LS194控制8盞燈的明暗變化。五.實驗設(shè)計及電路圖1.時鐘信號電路有一片555加上適當(dāng)電容及電阻實現(xiàn)。電容?。?.7μf0.01μf電阻取：150kΩ4.7kΩ電路圖如下：2.節(jié)拍控制電路使用74LS74(雙上升沿觸發(fā)器)將其二分頻產(chǎn)生1.0s節(jié)拍，再用74LS151通過0或1控制輸出端脈沖的頻率交替輸出這兩種節(jié)拍，用74LS74和74LS151級聯(lián)交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍，其構(gòu)造圖如下圖：Q是74LS74觸發(fā)器的輸出端,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〕,即就是比時鐘信號電路的CP脈沖慢了一拍。令74的Vcc，CLR，PR都接高電平，將^Q的輸出接到D端，Q端的輸出接到151的D1端。令151的D0，D2，D3，D4，D5，D6，D7，B，C，^G，GND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QF輸出。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QF即當(dāng)?shù)竭_(dá)第32拍時QF為1,接下來的32~64拍為變慢后的脈沖輸出。電路圖如下：3.花型控制電路74LS161是四位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器，具有計數(shù)、異步清零、同步置數(shù)，保持等功能，其引腳圖其功能表如下列圖：一片74LS161只能計數(shù)從0000~1111，但兩片74LS161級聯(lián)可以實現(xiàn)從0~255計數(shù)，因為64〔32快拍加上32慢拍〕>16，所以采用兩片74LS161同步級聯(lián)，64轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為01000000，所以用高位片的Q3〔即QG〕通過非門以后接到清零控制端。當(dāng)三種花型全新顯示一遍后〔總共32拍〕,74LS161的輸出變?yōu)?0100000，所以將161高位片的Q2〔即QF〕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74的輸出端Y。電路圖如下：花型演示電路由二片移位存放器194級聯(lián)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。每個花型完整顯示一遍，所以三種花型完全顯示一遍需要的總拍數(shù)為32，即0~7實現(xiàn)第一個花型，8~15實現(xiàn)第二種花型，16~31實現(xiàn)第三種花型。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?；ㄐ?：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?；ㄐ?：從左至右順次漸亮，全亮后又從左至右漸滅。移存器輸出狀態(tài)編碼表節(jié)拍序號花型一花型二花型三00000000000000000000000001100010000001100010000000211001100001111001100000031110111001111110111000004111111111111111111110000501110111111001111111100060011001111000011111111007000100011000000111111110811111111901111111100011111111000111111200001111130000011114000000111500000001要用194實現(xiàn)三個花型的連續(xù)顯示必須對兩片194的S1、S0和SL、SR節(jié)拍的變化進(jìn)展相應(yīng)的改變?，F(xiàn)將兩片194分為低位片和高位片，再將其輸出端從低位到高位記為L1~L8。列出各花型和其對應(yīng)的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號及節(jié)拍控制信號列表如下：(用^Li表示Li的取非)低位片高位片節(jié)拍控制信號花型SLSRS1S0SLSRS1S0QDQE〔QA-QH〕1X^L801X^L80100〔000000〕2^L8X10X^L80110〔000100〕3X^L801XL40101〔000010〕X^L801XL40111〔000110〕根據(jù)真值表，畫出其卡諾圖如下：194低位片：QEQD010XX1^L8XQEQD010^L8^L81X^L8SL=^L8SR=^L8QEQD010XX1X^L8QEQD010XX1X^L8S1=QD*^QES0=^S1194高位片：QEQD010XX1XXQEQD010^L8L41^L8L4QEQD01000100SL=XSR=^L8*^QE+L4*QEQEQD01011111S0=1S1=0由卡諾圖可得控制結(jié)果表達(dá)式如下：低位片高位片SL=^L8SL=XSR=^L8SR=^L8*^QE+L4*QES1=QD*^QES1=0S0=^S1S0=1電路圖如下：六.實驗波形圖1．根本CP脈沖產(chǎn)生電路波形圖與分頻電路波形圖2.測試波形:(每列依次為CP脈沖,低位片74LS194A,B,C,D,高位片74LS194A,B,C,D)花型一：花型二：花型三：六.實驗問題及解決方法問題:74LS151芯片的功能不太清楚,導(dǎo)致教師提問問題時無法答復(fù)出，所以下來之后及時看書，終于弄清了其工作的真正原理。原理：74LS151是互補(bǔ)輸出的八選一數(shù)據(jù)選擇器，有三個地址端為C~A,從8個輸入數(shù)據(jù)D0~D7中，選擇一個需要的數(shù)據(jù)給輸出端Y,G為使能端，低電平有效。使能端^ST=1時，不管C~A狀態(tài)如何，Y均無輸出〔Y=0，W=1〕，多路開關(guān)被制止。使能端^ST=0時，多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地址端C，B，A的狀態(tài)選擇D0~D7中某一個通道的數(shù)據(jù)輸出到端Y。如：CBA=000，那么選擇D0數(shù)據(jù)到輸出端，即Y=D0如：CBA=001，那么選擇D1數(shù)據(jù)到輸出端，即Y=D0其功能表如下(^M表示M的非)：輸入輸出數(shù)據(jù)選擇選通YWCBA^ST×××1010000D0^D00010D1^D10100D2^D20110D3^D31000D4^D41010D5^D51100D6^D61110D7^D7因為74LS74只有兩個輸出端0和1，所以只用74LS151的A端，C端和B端接地。實驗心得及體會為期兩周的數(shù)電實習(xí)短暫又漫長。不過在這兩周中自己學(xué)到了很多知識，對數(shù)字電路這門課也有了更深的認(rèn)識，每天都有目標(biāo)和收獲。第一天，剛開場對所要求的實驗容并不是十清楚白清楚，我就盲目地連起了555芯片，卻根本不了解其功能，在與同學(xué)的交流討論下，我了解到555芯片是一種定時器，它是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模器件。然后自己不斷分析，單獨動手終于完成了555脈沖電路的連接，并實現(xiàn)了其功能。第二天，我完成了第二塊，節(jié)拍控制電路的連接。有了第一天的經(jīng)歷，電路連接已經(jīng)比擬熟悉，對斜口鉗的使用也較為熟練，所以連接電路并未花費太多時間，但是電路連接好后，并未實現(xiàn)節(jié)拍控制，仔細(xì)檢查一遍所連接的電路，發(fā)現(xiàn)面包板上的多個正負(fù)極沒有互相連通，連接后再接上電源，電路就可以正常工作了，555信號控制燈閃爍一個上下電平周期，節(jié)拍電路閃爍一下。第三天，開場連接第三塊電路，花型控制信號電路。此塊電路用兩塊161芯片級聯(lián)實現(xiàn)模64的電路。由于之前已經(jīng)設(shè)計好了電路圖，而且對連面包板也比擬熟悉，所以在這個模塊中竟然沒有出現(xiàn)問題，一次就成功了，我非常沖動。第四天，我先是自己設(shè)計了花型，確定花型后，再研究該如何實現(xiàn)，實現(xiàn)中有三個問題考慮，花型用什么實現(xiàn)，該如何變化花型，如何讓其變頻。最終決定，用兩片194實現(xiàn)花型，再用161節(jié)拍器實現(xiàn)花型變換，再讓其與151相連變頻輸出。以上問題都弄清楚后，再列出真值表，列出函數(shù)關(guān)系式，最后根據(jù)關(guān)系式畫出了電路圖，開場連接電路，連接完成后，接入電源，發(fā)現(xiàn)電路并未工作，排查許久還是未有結(jié)果。第五天，由于花型沒有按我的預(yù)期效果顯示出來，所以我又重新設(shè)計了一種方法，接著就是選擇花型和控制端，列真值表填卡諾圖，畫電路圖，連接好之后發(fā)現(xiàn)花型非常亂，這一天的花型演示模塊又失敗了。第六天，與同學(xué)一起討論前兩天的設(shè)計方案，最終發(fā)現(xiàn)第一種方法是可行的，可能當(dāng)時連錯了電路，導(dǎo)致走了許多彎路。于是我又按照第一種方法所畫出的電路圖重新連接了電路，檢查電路連接無誤后接入電源，八個彩燈均正常工作，到達(dá)了我想要的效果，整個實驗圓滿完成！剩下的幾天中，我再檢查了我的電路，也更加深刻的理解了數(shù)電這門課，開場著手完成我的實驗報告了。其實在電路組裝過程中，遇到的最大問題是，芯片分布不夠合理，無法很好的布線。于是在分析了我的設(shè)計后計算了要用芯片的個數(shù)和個芯片之間的關(guān)系，按照各個控制電路的走向較合理的插好了芯片。其次就是布線，因為要求不準(zhǔn)穿插，且橫平豎直，所以在保證連通的情況下，在布線上也下了不少工夫，而且盡力做到我認(rèn)為很合理的布線，也就是用線的顏色有點混亂，因為用了很多從之前面包板上拆下來的舊線，所以整個板子看起來有點雜亂。也因為我的設(shè)計中要用2個74L00和1個74L04，多個與非門電路的連接卻是費了我好大的功夫，于是連線也就不十分合理了，但整體看起來還算可以?？傊?，這兩周我受益匪淺。八．實驗參考文獻(xiàn)。<<數(shù)字電路邏輯設(shè)計>>師亞莉薛延俠編<<數(shù)字電路實驗與課程設(shè)計>>呂思忠施齊云主編附錄〔總電路圖〕郵電大學(xué)數(shù)字邏輯課程設(shè)計過程考核及成績鑒定表學(xué)生班級/學(xué)號承當(dāng)任務(wù)實驗室〔單位〕電路與電子技術(shù)根底教學(xué)部所在部門電子工程學(xué)院實施時間2013年6月4日—2013年6月14日課程