数电课设.docx
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数电课设
数字电子线路课程设计报告
题目
:
8路移存彩灯控制器
院系
:
电气信息工程系
专业
:
电气工程及其自动化
组长
:
学号
:
20100502015
组员1
:
袁茂森
学号
:
20100502052
组员2
:
张芳
学号
:
20100601001
组员3
:
刘志明
学号
:
20100604112
组员4
:
胡世昌
学号
:
20100604111
组员5
:
学号
:
组员6
:
学号
:
指导教师
:
康元元
2012年05月26日
数字电子线路课程设计报告
一、选题目的和意义:
多路彩灯控制电路在实际生活中应用十分广泛。
复习数字电路知识,学会将数电理论用于实际电路中去;认识常用逻辑器件,并学会使用这些芯片设计简单数字电路;培养合作精神与独立完成电路的能力,初步学会自主设计、连接、调试。
这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识,在整个实习过程中,都离不开对数字电路课程知识的再学习。
我在最开始,就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍(这也是对这门课的复习,给以后的复习备考减少了很多负担),这样的回顾让我对知识的理解更加透彻,对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。
课程设计,通过选择的题目,根据要求,运用所学知识将其付诸实践来完成。
这并不是在课堂上的单纯听懂,或者课后看书过程中的深入理解,这需要的是一种理论联系实践的能力。
理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论,而实际的动手操作则完全不同,需要考虑实际中的很多问题。
有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。
这种多路彩灯控制电路的原理与电子技术课程所学知识联系紧密。
它的电路原理能通过一些基本的典型电子器件进行组合来实现。
有利于加深和巩固电子技术所学内容,启发学习兴趣,锻炼分析问题解决问题的能力。
相信通过本次实验,我们会认识到了实践的重要,也会提高了我的实际动手能力。
我们要学会把理论联系实际,而这次课程设计就是一个很好的机会,不仅能提高我们的理论知识,而且也培养了我们的实际动手能力。
还提高了我们同学之间共同合作的能力,我们大家在一起互相学习,共同进步大大增强了团队合作能力。
学生姓名
任务分工
学生姓名
任务分工
学生姓名
任务分工
许军
仿真、录入
、搜集资料
袁茂森
搜集材料、
仿真、录入
张芳
搜集材料
录入
刘志明
录入
胡世昌
录入
二、主要研究内容:
一、课程设计题目(与实习目的)
(一)、题目:
8路移存彩灯控制器
(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、任务和要求
实现彩灯控制的方法很多,如EPROM编程、RAM编程、单板机、单片机等,都可以组成大型彩灯控制系统。
因为本次实习要求设计的彩灯路数较少,且花型变换较为简单,故采用移位寄存器型彩灯控制电路。
(1)彩灯控制器设计要求
设计一个8路移存型彩灯控制器,基本要求:
1.8路彩灯能演示三种花型(花型自拟);
2.彩灯用发光二极管LED模拟;
选做:
实现快慢两种节拍的变换。
三总体方案的选择
根据题目的任务、要求和性能指标,经过分析与思考,得出以下方案:
整体电路分为四个模块:
第一个模块实现节拍的发生;第二个模块实现快慢两种节拍的控制;第三个模块实现花型的控制;第四个模块实现花型的显示。
主体框图如下:
三、设计的方法及步骤:
一总体方案,主体框图如下:
二单元电路的设计
1.设计所使用的元件及工具:
74LS161(四位二进制同步计数器)----------------------2个;
74LS194(双向移位寄存器)-------------------------2个;
74LS151(八选一数据选择器)--------------------------1个;
74LS74(双上升沿D触发器)---------------------------1个;
74LS00(四—二输入与非门)-------------------------3个;
74LS04(六—非门)---------------------------------1个;
发光二极管--------------------------------------------8个;
555----------------------------------------------1个;
电容:
4.7μf---------------------------------------1个;
0.01μf----------------------------------------------1个;
电阻:
------------------------------------------------1个;
4.7kΩ------------------------------------------------1个;
100Ω-----------------------------------------------4个;
面包板-------------------------------------------------1个;
万用表-------------------------------------------------1个;
钳子--------------------------------------------------1个;
导线若干。
2.各个单元电路的具体实现
1)节拍发生电路:
考虑到节拍是整个电路功能实现的基础及其他模块进行调试的必需条件,故首先实现节拍发生模块。
0.5s节拍选用由555及相关器件构成的多谐振荡器电路实现。
由于输出波形中低电平的持续时间,即电容放电时间为
低电平的持续时间,即电容放电时间为
因此电路输出矩形脉冲的周期为
输出矩形脉冲的占空比为
当
时,占空比近似为50%。
故综合考虑,
电容取:
4.7μf0.01μf
电阻取:
=150kΩ
4.7kΩ
电路图如右:
2)节拍控制电路
由于
(1)中已实现0.5s节拍,故使用74LS74(双上升沿触发器)将其二分频产生1.0s节拍。
再通过控制74LS151(八选一数据选择器)的A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率来控制这两种接拍的交替输出。
因此该模块由一片74LS151和一片74LS74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。
CP
令74LS74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74LS151的D1端。
令74LS151的D0,D2,D3,D4,D5,D6,D7,B,C,^G,GND接低电平,Vcc接高电平,D0接0.5s节拍信号即555的输出Vo,A端接由花型控制电路的CF输出(这一端子的输入需结合后续模块决定)。
由此实现了0.5s和1.0s快慢两种节拍的控制。
电路图如右:
3)花型部分:
花型1(1Hz)
花型2(0.5Hz)
花型3(1Hz)
10000000
00000000
00000000
11000000
10001000
00011000
11100000
11001100
00111100
11110000
11101110
01111110
11111000
11111111
11111111
11111100
01110111
11100111
11111110
00110011
11000011
11111111
00010001
10000001
01111111
00000000
00000000
00111111
00011111
00001111
00000111
00000011
00000001
00000000
(注:
花型1:
从左至右顺次渐亮,全亮后顺序渐灭;
花型2:
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。
花型3:
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。
)
4)花型显示电路:
每个花型完整显示一遍,所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为32,即1~8显示第一个花型,8~16显示第二个花型,17~32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。
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Q1~Q8。
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^Qi表示Qi的取非)
低位片
高位片
节拍控制信号
花型
SL
SR
S1
S0
SL
SR
S1
S0
CH~CA
1
X
^Q4
0
1
X
Q8
0
1
00000000
2
^Q1
X
1
0
X
^Q8
0
1
00001000
3
X
^Q8
0
1
X
Q4
0
1
00010000
Q5
X
1
0
^Q1
X
1
0
00010100
经过分析可以得到控制194高低位片的左移右移变化的控制量。
用CA~CH表示161从低位到高位的个输出端。
控制结果表达式如下:
194低位片
194高位片
SL=^Q1·^CE+Q5·CE
SL=^Q1
SR=^Q4·^CE+^Q8·CE
SR=^Q8·^CE+Q4·CE
S1=^CD
S1=CD·CE
5)花型控制电路:
将二片161级联成为模64(三种花型在两种节拍下各显示一遍)的计数器。
161的级联用的是同步,并用^CG清零。
由于花型控制模块和显示模块之间的连线较为复杂,故在一个图中显示,如下:
五、总体电路图:
四、实验设计(相关原理框图):
电路组装完成后,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)
花型一:
花型二:
花型三:
(注:
花型1:
从左至右顺次渐亮,全亮后顺序渐灭;
花型2:
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。
花型3:
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。
)
五、结果及讨论:
这次课程设计对于我来说收获很大。
相信通过本次实验,我们会认识到了实践的重要,也会提高了我的实际动手能力。
我们要学会把理论联系实际,而这次课程设计就是一个很好的机会,不仅能提高我们的理论知识,而且也培养了我们的实际动手能力。
尽管在中间遇到很多问题,我的设计最后在老师的检查下发现了自己存在的问题,是因为自己想的太简单,没有认真思考。
但是经过老师的指导和同学的帮助,使得这次实验能顺利完成,而且在讨论中我们也学到了很多知识,而且也对也前的知识做了一个很好的回顾。
这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识,在整个实习过程中,都离不开对数字电路课程知识的再学习。
我在最开始,就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍(这也是对这门课的复习,给以后的复习备考减少了很多负担),这样的回顾让我对知识的理解更加透彻,对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。
而且还参考了数字电路实验指导书,关于芯片的管脚,里面有清晰的描述。
在通过这两个礼拜的设计实习,让我真正理解了书本上知识,也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用,理论联系实践,相互关系。
通过此次设计,我对理论知识的学习有了很大的兴趣,现在我可以主动的去学习,我明白自己该学习那个方面,重点是什么。
我也掌握的了在理论中遇到问题,应该怎样去解决,在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。
最后,我非常感谢一直在指导我们的老师。
因为是你们使我在这次设计中受益非浅。
我们也会再接再厉,在老师的指导下,继续努力,刻苦学习专业知识。
六、指导教师的意见:
签名:
年月日
成绩评定:
学生姓名
成绩
学生姓名
成绩
学生姓名
成绩
许军
袁茂森
张芳
胡世昌
刘志明
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