数电课程设计八路彩灯控制器Word文档格式.docx
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任务书下达日期2013年12月16日
设计完成日期2013年12月27日
设计内容与设计要求
一、设计内容;
该控制器实现以下功能:
设计一个8路移存型彩灯控制器,彩灯用发光二极管LED模拟;
基本要求如下:
1.8路彩灯能演示三种花型(花型自拟);
2.实现快慢两种节拍的变换。
二、设计要求:
1.设计电路实现题目要求;
2.设计思路清晰,给出整体世界框图,提供总电路图及基本原理;
3.单元电路设计,给出具体设计思路和电路;
4.安装、测试电路;
5.故障分析与电路改进;
6.写出设计报告。
主要设计条件
1.在南院四楼“综合实验室”和“电子实验室”调试;
2.提供调试用试验箱和电路所需要的原件芯片;
说明书格式
1、课程设计封面;
2、任务书;
3、说明书目录;
4、设计总体思路,基本原理和框图;
5、单元电路设计(各单元电路图);
6、总电路设计(总电路图);
7、安装、调试步骤;
8、故障分析与电路改进;
9、总结与设计调试体会;
10、附录(元器件清单);
11、参考文献;
12、课程设计成绩评分表。
进度安排
第一周星期一:
课题内容介绍和查找资料;
星期二:
总体电路设计和分电路设计;
星期三:
电路仿真,修改方案
星期四:
确定设计方案,拟订调试方案,画出
调试电路图,安装电路;
星期五:
安装、调试电路;
第二周星期一~三:
星期四~五:
验收电路,写设计报告,打印相关
图纸;
星期五下午:
带调试电路板及设计报告书进行答辩,整理实验室及其他事情
参考文献
1.《电子线路设计、实验、测试》(第二版)
华中理工大学出版社-----谢自美主编
2.《新型集成电路的应用》-----电子技术基础课程设计
华中理工大学出版社梁宗善主编
3.《电子技术基础实验》
高等教育出版社-----陈大钦主编
4.《电子技术课程设计指导》
高等教育出版社------鹏介华主编
一课程设计题目(与实习目的)
(一)、题目:
多路彩灯控制器
(二)、实习目的:
1.进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。
2.熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用,并掌握其工作原理,进一步学会使用其进行电路设计。
3.了解数字系统设计的基本思想和方法,学会科学分析和解决问题。
4.培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
5.数点课程实验是大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会,增强动手实践的能力。
二总体方案的选择
(1)总体方案的设计
针对题目设计要求,经过分析与思考,拟定以下二种方案:
方案一:
总体电路共分三大块。
第一块实现花型的演示;
第二块实现花型的控制;
第三块实现时钟信号的产生。
主体框图如下:
时钟信号CP产生电路
花型控制电路
花型演示电路
方案二:
在方案一的基础上将整体电路分为四块。
第三块实现节拍控制;
第四块实现时钟信号的产生。
并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法,如花型的控制。
根据所提供的实验器材各模块总体思路如下:
时钟信号CP电路:
参见高等教育出版社王淑银主编的《数字电路与逻辑设计》课本P404图10-3-6(a);
花型控制电路:
由1614位二进制同步计数器完成;
花型演示电路:
由195双向移位寄存器完成(可左移右移完成花型变化);
节拍控制电路:
节拍变化由151八选一数据选择器完成,节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成,它可实现二分频。
(2)总体方案的选择
方案一与方案二最大的不同就在,方案一是基于基本要求而设计的,方案二加入了节拍的变化,花型控制电路和花型演示电路的CP都是节拍控制之后的CP。
两种方案的基本思路相同,将整个设计电路的功能模块化,设计思想比较简单。
元件种类使用少,且都较熟悉易于组装电路。
这么设计的出发点是:
电路设计模块化,易于检查电路,对后面的电路组装及电路调试都很方便。
。
花型控制电路简单,花型也比较简单。
由于在设计的构想时期,已经确定将电路模块化,设计的过程中又已经将节拍控制电路设计出来,通过仿真软件也实现了设计要求——分频。
方案二同时完成了选做的要求,只要确保每一模块实现其功能方案二并不难也不复杂,为了确保短时间内完成课程设计和高效率,我选择了方案二。
三单元电路的设计
(1)花型演示电路
由二片移位寄存器194实现。
其八个输出信号端连接八个发光二极管,用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。
而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制(它们由同一个CP脉冲控制)。
三种花型变换样式
花型1:
8路灯分两半。
从左至右渐亮,全亮后,再分两半从左至右渐灭。
循环两次;
花型2:
从中间到两边对称地逐次渐亮,全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。
花型3:
从左至右顺次渐亮。
全亮后逆序渐灭。
循环两次。
移存器输出状态编码表
节拍序号
花型1
花型2
花型3
1
00000000
2
10000000
00011000
10001000
3
11000000
00111100
11001100
4
11100000
01111110
11101110
5
11110000
11111111
6
11111000
11100111
01110111
7
11111100
11000011
00110011
8
11111110
10000001
00010001
9
10
01111111
11
00111111
12
00011111
13
00001111
14
00000111
15
00000011
16
00000001
我的设计是每种花型完整显示两遍,所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为64,即1~16显示第一个花型,17~32显示第二个花型,33~64显示第三个花型。
要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。
现将两片194分为低位片1和高位片2,再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。
列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下:
(用^Li表示Li的取非)
花型
低位片
高位片
节拍控制信号
SL
SR
S1
S0
QAQB
X
^L8
L4
00
01
列出卡诺图分析
194低位片
QA
QB
0
1
X
0
^L8
SL=^L8S1=QB.^QA
1
SR=^L8SL=^(QA.^QB)
194高位片
L4
XL4
SL=XSR=^QB.L4+QB.^L8
S1=0S0=1
由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端S1、S0以及串行输入端的由161的输出端QA、QB和本身输出端L4和^L8控制。
用去QA—QD表示161从低位到高位的个输出端。
控制结果表达式如下:
S1=QF.^QE
S1=0
S0=^S1
S0=1
SL=^L8
SL=X
SR=^L8
SR=QB.^L8+^QB.L4
电路图如下:
(2)花型控制信号电路
由二片161级联的模128(三种花型节拍每种显示两遍,再总体重复一遍的总节拍数)计数器。
161的级联用的是同步,并用^QH清零。
当三种花型全新显示一遍后(总共64拍)161的输出变为00000100所以将161高位片的Q2(即QG)信号输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。
161的CP脉冲来自节拍控制电路中74LS151的输出端Y。
(3)节拍控制电路
由一片151和一片74级联实现。
整体上实现脉冲频率的变换,即交替产生快慢节拍。
令74的Vcc,CLR,PR都接高电平,将^Q的输出接到D端,Q端的输出接到151的D1端。
令151的B,C,G~,GND,D2~D7接低电平,Vcc接高电平,D0接时钟信号的CP脉冲,A端接由花型控制电路的QG输出。
所以Y端的输出就为:
Y=CP·
^A+Q·
A
(Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能,记录上一个状态,所以在每一个CP脉冲的上升沿,Q输出为上一次的记录(即一个脉冲)。
也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。
所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。
A端接的是161的高位片的QC即当到达第64拍时QC为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。
电路图如下:
(4)时钟信号电路原理图
由一片555加上适当电容及电阻实现。
电容取:
4.7μf0.01μf
电阻取:
150kΩ4.7kΩ
电路图如下:
四总体电路图(见附页)
注:
由于仿真画图时芯片复杂,CP产生电路产生用电源代替(已试验,可以等效)。
五电路组装后,实际测量的各个单元电路的输入、输出信号波形
1.基本CP脉冲产生电路波形图与分频电路波形图
2.测试波形:
(列依次为CP脉冲,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D即QA---Q
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- 课程设计 八路 彩灯 控制器
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