數(shù)字電路多路彩燈課程設計

1、<p><b>　　電子設計報告書</b></p><p><b>　　——多路彩燈控制器</b></p><p><b>　　一．課程設計題目</b></p><p><b>　　多路彩燈控制器</b></p><p><b>　　二

2、．課程設計目的</b></p><p>　　1.復習數(shù)字電路知識，學會將數(shù)電理論用于實際電路中去；</p><p>　　2.認識常用邏輯器件，并學會使用這些芯片設計簡單數(shù)字電路；</p><p>　　3.學會使用面包板測試設計好的邏輯電路，并使用萬用表進行調(diào)試排錯；</p><p>　　4.培養(yǎng)合作精神與獨立完成電路的能力，初步學

3、會自主設計、連接、調(diào)試數(shù)字電路。</p><p>　　三．多路彩燈控制器設計實現(xiàn)要求</p><p>　　在實驗板上構建一個多路彩燈控制器，要求：</p><p>　　1.實現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的變換；</p><p>　　2.至少控制8路彩燈信號，產(chǎn)生3種以上的花型變換；</p><p>　　3.彩燈用發(fā)光二極管代替；&l

4、t;/p><p>　　4.花型由設計者自行確定。</p><p><b>　　四．課程設計總要求</b></p><p>　　1.設計電路實現(xiàn)題目要求；</p><p>　　2.電路在功能相當?shù)那闆r下設計越簡單越好；</p><p>　　3.注意布線，要直角連接，選最短路徑，不要相互交叉；</p

5、><p>　　4.注意用電安全，所加電壓不能太高，以免燒壞芯片和面包板。</p><p><b>　　五. 使用元器件</b></p><p>　　1.設計所需的元件有：</p><p><b>　　六．課程設計方案</b></p><p>　　總體電路共分三大塊。第一塊實現(xiàn)花型

6、的演示；第二塊實現(xiàn)花型的控制及</p><p>　　節(jié)拍控制；第三塊實現(xiàn)時鐘信號的產(chǎn)生。</p><p><b>　　設計花型</b></p><p>　　花型1：從左至右順次漸亮,全亮后順序漸滅；</p><p>　　花型2：8路燈分兩半，從左至右漸亮，全亮后，再分兩半從左至右漸滅。</p><p&

7、gt;　　花型3：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。</p><p><b>　　七．實驗原理</b></p><p>　　1.555定時器(EN555)</p><p>　　555的時鐘周期滿足 T ≈ 1.1RC其設計電路如下，用于產(chǎn)生1Hz時鐘信號。</p><p><b>　　2

8、.節(jié)拍控制電路</b></p><p>　　由一片151和一片74級聯(lián)實現(xiàn)。整體上實現(xiàn)脈沖頻率的變換，即交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍。</p><p>　　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

9、的QG輸出。</p><p>　　所以Y端的輸出就為：Y=CP*^A+Q*A</p><p>　　(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。</p><p><b>　　電路圖如下:</b></p>&

10、lt;p><b>　　QG</b></p><p><b>　　CP</b></p><p><b>　　+VCC</b></p><p><b>　　輸出給其他</b></p><p><b>　　電路的CP脈沖</b><

11、;/p><p>　　3.花型控制信號電路</p><p>　　由二片161級聯(lián)的模32計數(shù)器。</p><p>　　161的級聯(lián)用的是同步，并用^QH清零。</p><p>　　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

12、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。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　　輸信號給</b></p><p><b>　　151的A</b></p><p><b>　　+Vcc</b><

13、;/p><p><b>　　151的Y端輸</b></p><p><b>　　出給這里的CP</b></p><p><b>　　花型演示電路</b></p><p>　　我的設計是每種花型顯示一遍，所以三種花型完全顯示一遍需要的總結拍數(shù)為32，即1~16顯示第一個花型，17~2

14、4顯示第二個花型，25~32顯示第三個花型。</p><p>　　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一句節(jié)拍的變化進行相應的改變。現(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L1~L8。列出各花型和其對應的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)</p><p>　　經(jīng)過分析可以得

15、到控制194高低位片的左移右移變化的控制量。用QA～QH表示161從低位到高位的個輸出端。</p><p>　　控制結果表達式如下：</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　　接151的Y端</b></p><p><b>　　+Vcc</b>

16、;</p><p>　　+Vcc +Vcc</p><p>　　接161低 接161高位</p><p>　　位片QD 片QE</p><p>　　實驗過程中遇到的問題及解決方案</p><p>　　實驗第一天，對所要

17、求的實驗內(nèi)容并不是十分明白清楚，在與同學的交流討論及老師的解釋下明白了所要實現(xiàn)的結果。第一塊連接的電路是555脈沖電路，這塊電路是老師給大家作為演示在我的電路板上連接的，老師演示完后，我自己又將電路拆下重新連接了一遍，知道了該如何連接及其連接原理。電路連接完后，輸入方波信號，控制信號燈高低電平交替閃爍。</p><p>　　實驗第二天，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)驗，電路連接已經(jīng)比較熟悉，對

18、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，仔細檢查一遍所連接的電路，發(fā)現(xiàn)有兩處地方連接錯誤，改正后再接上電源，電路就可以正常工作了，實現(xiàn)了節(jié)拍控制，555信號控制燈閃爍一個高低電平周期，節(jié)拍電路閃爍一下。</p><p>　　實驗第三天，開始連接第三塊電路，花型控制信號電路。此塊電路用兩塊161芯片級聯(lián)實現(xiàn)摸32的電路。最開始，我設計的電路是模128的，連接完畢后，

19、計數(shù)器并未正常工作，計數(shù)信號燈也沒有亮，將發(fā)光二極管拿下來用萬用表檢查了一下，發(fā)現(xiàn)有一個二極管不工作，還有兩個二極管正負接反了，改正后再接入電源，發(fā)現(xiàn)還是不行。進而再次檢查電路及導線，將每根導通的電路導線都用萬用表測試一遍，看電路是否導通，最后發(fā)現(xiàn)，是面包板上下兩個部分電路并不導通，用兩根導線講不導通部分連接好后再接入電源，電路正常工作，計數(shù)器計數(shù)正常。但就來覺得整個實驗用不了模128的計數(shù)器，便又將電路稍作了一些改動，改為模32的計數(shù)

20、器，電路仍舊可以正常工作計數(shù)。</p><p>　　實驗第四天與第五天，我先是自己設計了花型，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)關系式，最后根據(jù)關系式畫出了電路圖，開始連接電路。剛開始列出的表達式十分麻煩，以至于電路連接

21、時也十分麻煩，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果。</p><p>　　實驗第二周，與同學一起排查討論時發(fā)現(xiàn)表達式可以簡化，簡化后電路十分簡單明了，于是我將電路拆下，按照新的表達式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，只有一半彩燈工作，另一半并無反應，用萬用表檢查后發(fā)現(xiàn)左半邊于右半邊電路板不導通，用導線將其連接后，八個彩燈均正常工作，整個實驗完成！</p>

22、<p><b>　　實驗總結</b></p><p>　　本次實驗我花了一周零兩天的時間完成了整個設計過程，整個實驗均是由我自己獨立設計完成，獲益匪淺，具體可以總結為以下幾點：</p><p>　　1.對數(shù)字電路知識的鞏固與提高</p><p>　　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

23、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。</p><p>　　2.學會了理論聯(lián)系實際</p><p>　　課程設計，通過選擇的題目，根據(jù)要求，運用所學知識將其付諸實踐來完成。這并不是在課堂上的單純聽懂，或者課后看書過程中

24、的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實踐的能力。理論知識往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設論，而實際的動手操作則完全不同，需要考慮實際中的很多問題。有些知識在理論上可能完全沒錯但到了實際中則不然。比如在動筆做題時我們是不用考慮導線的電阻的，但在實際中，導線電阻有時是會帶來時延造成花型變化的錯亂，所以我們應盡量在連接電路時選擇最短路徑。</p><p>　　3.學會了如何運用電路板、芯片、導線等組裝各種功能的電路；<

25、;/p><p>　　雖然這不是第一次用電路板，因為之前的課內(nèi)實驗也用過，但當時的運用也只是插些導線和電阻電容之類的，用了電路板的很小部分。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。實習中通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捷，寧短勿長，合理布線。一個完美的作

26、品不僅要能很好的完成要求實現(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。</p><p>　　4.與同學的互相協(xié)作共同進步</p><p>　　在實習中經(jīng)常會遇到一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)省時間也會從別人上上學到更多。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

27、的idea，其他人的設計一定有比你出色的地方，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。</p><p><b>　　5.其他</b></p><p>　　課程實習設計是開端，連接是關鍵，測試是必須。所以實現(xiàn)過程中不僅要求對知識的掌握要足夠準確與精通，更要有絕對的耐心與細心。連接電路時一定按照自己的設計圖仔細連接這會對后面的測試起到很好的鋪

28、墊作用。在后面查錯時就不用花費精力在查線上，可以給減少很多后續(xù)工作，不必花費太多的功夫在檢查電路上。</p><p><b>　　十．參考文獻</b></p><p>　　《數(shù)字電路邏輯設計》 高等教育出版社 王毓銀編</p><p>　　《數(shù)字電路實驗指導書》 張亞婷等 編 西安郵電學院電子與信息工程系 2004；