八路彩灯课程设计八路彩灯控制器的设计.docx

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八路彩灯课程设计八路彩灯控制器的设计

八路彩灯课程设计--八路彩灯控制器的设计

课程设计报告

课程:

数字电路

题目:

八路彩灯控制器的设计

院系:

物理与电子信息学院

专业:

2011级电子信息科学与技术

学号:

20111302031

姓名:

李俊

完成日期:

2008年6月22日

摘要：

本次八路彩灯电路的制作主要采用74LS194芯片接成扭环形结构的移位寄存器来实现，通过555定时电路组成多谢振荡电路。

整个电路主要由移位寄存器、控制电路、脉冲发生器构成8个彩灯的循环控制，并且可以组成多种花型。

关键词：

控制、循环、555定时电路

一、设计内容与设计要求

1.设计目的

⑴学会将一个实际情况抽象为逻辑电路的逻辑状态的方法。

⑵掌握计数、译码、显示综合电路的设计与调试方法。

⑶掌握实际输出电路不同要求的实现方法。

2.设计任务

八路彩示系统，该系统实现以下功能：

⑴八路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。

⑵八路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。

⑶八路彩灯同时亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒，反复4次。

3.设计要求

⑴确定总体设计方案画出总方框图，确定各单元电路的功能，进行单元电路的设计，画出逻辑图。

⑵选择元器件型号。

⑶画出总逻辑图和装配图，并在实验板上组装电路。

⑷进行电路调试，使其达到设计要求。

⑸写出总结报告。

4.参考器件

555定时器、计数器、双向移位寄存器、显示译码管、数码显示管、发光二极管及一些门电路等。

二、总体设计思路

根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯花样输出电路。

时钟脉冲产生电路由74LS163分频实现，循环控制电路由74LS163和74LS10实现，彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。

三、总体设计原理

1.基本原理

由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇控制清零。

第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。

由于程序循环一次要20秒，故需要一个20进制的计数器控制循环。

第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频率控制CLR’。

可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制20进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。

2.设计框图

图1

3.总逻辑电路原理图

图2

四、各单元电路设计

1时钟脉冲产生电路

用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:

T=0.7（R1+2R2）C………………………（5-1）

控制74LS163模十六计数器电阻值和电容值可设为：

R1=1KΩ，R2=17.4KΩ，C=0.01μF

由公式（1-1）计算得：

T=0.2506S

图3

2.多谐振荡器

用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,控制74LS163模十六计数器，74LS163A输出2倍T的脉冲信号，B输出4倍T的脉冲信号，大约为1S。

图4

3.20进制循环控制电路

图5

4.具体实现：

如果模N计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，那么N是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CLR’，将计数器清零。

此处工作状态从00000~10011，检测10100（异步清零）。

5.彩灯花样输出电路：

⑴运用到74LS194功能表

输入

输出

功能

/CR

S1

S0

CP

SL

SR

D0D1D2D3

Q0Q1Q2Q3

0

×

×

×

×

×

×

×

×

×

0

0

0

0

清零

1

1

1

↑

×

×

d0

d1

d2

d3

d0

d1

d2

d3

送数

1

0

1

↑

×

1

×

×

×

×

1

Q0n

Q1n

Q2n

右移

1

1

0

↑

0

×

×

×

×

×

Q1n

Q2n

Q3n

0

左移

表1

⑵通过20进制计数器的输出端的E、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表

CLK

时间

／Ｓ

节拍

QE

QD

S0

S1

SR

SL

74LS194

动作

0

１

Ｈｚ脉冲

B

1

第一节拍

0

0

1

0

1

*

右移1

1

2

0

0

1

0

2

3

0

0

1

0

3

4

0

0

1

0

4

5

0

0

1

0

5

6

0

0

1

0

6

7

0

0

1

0

7

8

0

0

1

0

8

1

HZ

脉冲

B

9

第二节拍

0

1

0

1

*

0

左移0

9

10

0

1

0

1

10

11

0

1

0

1

11

12

0

1

0

1

12

13

0

1

0

1

13

14

0

1

0

1

14

15

0

1

0

1

15

16

0

1

0

1

16

２

Ｈｚ　脉冲

A

17

第三节拍

1

0

1

1

*

*

送１

清零

17

1

0

1

1

18

18

1

0

1

1

19

1

0

1

1

20

19

１

０

１

１

21

１

０

１

１

22

20

１

０

１

１

23

１

０

１

１

表2

由上表得：

Ｓ０＝ＱD＇

Ｓ１＝ＱE＋ＱD

CLR＇＝（ＱE*A+QE＇）

进一步分析可知７４ＬＳ１９４脉冲控制：

ＣＬＫ＝（ＱE*A+QE＇）*ＱE+B

五、实验、调试及测试结果分析

1结果的调试及分析

⑴调试使用的主要仪器:

数字万用表直流稳压电源示波器函数信号发生器

⑵测试电路的方法和技巧:

先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。

2.调试中出现的故障、原因及排除方法：

⑴彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：

可能是移位计数器的S0，S1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。

还可能是20进制循环控制计数器没正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。

特别注意不能把非门的输入与输出接反了。

⑵彩灯无规律变化：

原因可能是20进制循环控制电路不能产生符合要求的控制码，检查模十六计数器的CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD、QE是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与非门74LS２０和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。

⑶彩灯的四种花样都有，但一次循环结束到另一次循环开始中间有段时间彩灯不亮：

原因可能是控制循环的20进制计数器没有正确接线，实际控制循环的进制大于20进制，导致有放空时间。

应该检查3输入与非门是否正常工作，确保能实现20进制计数。

六、总结

实验问题与解决方法

问题1:

不了解面包板的内部结构，不了解面包板的基本使用方法和技巧；

解决办法：

使用万用表的电阻档检查面包板的各个孔的连接关系，两个孔之间没有电阻或者电阻很小则说明内孔相连；

查找面包板的使用资料，学习基本使用方法。

基本使用方是一般不飞线，不相交，一个空不接两条线，只能90度转弯。

使用技巧：

一般条形面包板的两侧作为电源端和接地端，可以更方便的连线。

为了加快和更准确的连接各器件的端口，可以先使用面包板的纸质图纸，在纸上先把各个器件排布好，模拟连线，所有线模拟好在看图连线，

问题二：

线路复杂，检查困难。

解决方法：

只用万用表的电阻档，两表笔接在相应的端口上，电阻很小或者没有电阻，这说明线路连通。

问题三：

怎么检查每个芯片都工作？

解决方法：

用万用表的电压档检查每个芯片的电源端是否有vcc一样的电压，接地端是否都接地了，实验图上部分芯片并没有标注电源端和地端的接口，要自行加上。

用led去检查输入输出端是否有相应的响应，例如输入端是5赫兹的脉冲，接上led后应该是每秒闪烁五次，如果现象不对应该检查脉冲输出的芯片，用相同的方法检车脉冲部分，如此类推。

问题四：

八个彩灯只渐亮和渐灭，之后就是常亮4秒，不符合闪烁4次的规则。

解决方法：

第一步：

闪烁是由clr端控制的，CLR＇＝（ＱE*A+QE＇），彩灯逐渐灭后，QE为1，所以CLR＇=A，把led插在A端，检查A是否为2赫兹的脉冲，led的确每秒闪烁两次，说明了A没问题；

第二步：

同样的方法检查QE，QE也正常，在检查起反相作用的74ls04n的1y输出端，1y为0，74ls09n故没问题；

第三步检查起相加作用的74ls32n的1a，1b，1y，发现1y=0,1a=o，1b=0，这说明相与作用正常，问题发生在1b，1b=ＱE*A，应该是0和1交替出现，所以问题必定在相与的芯片上，即为74ls09n；

第四步，检查74ls09的输出端，没有输出，检查连线也正确，怀疑是芯片有问题。

把芯片独立出来检查芯片功能，芯片没有相与功能，可能是芯片损坏，更换芯片，更换后也没有相与功能，说明74ls09n不能完成相与功能，解决方法是找替代芯片。

经查找，74ls08与74ls09功能一致，引脚排布一致，可替换。

更换以后有了闪烁的现象；

问题五:

有时有现象，有时没有，怀疑是接触不良。

解决方法：

更换接触不良的线。

大功告成

附录：

元器件清单：

555定时器，模十六计数器74LS163，与门74LS08，与非门74LS10，非门74LS04，或门74LS32，74LS194双向移位寄存器，发光二极管等。

参考文献

[1]欧阳星明：

数字逻辑，华中科技大学出版社，2005年3月第2版。

[2]王玉龙：

数字电路，高等教育出版社，2004年6月第一版。