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3多路彩灯
西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
——多路彩灯控制器
一课程设计题目
(1)题目:
多路彩灯控制器
(2)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,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。
二任务和要求
实现彩灯控制的方法很多,如EPROM编程、RAM编程、单片机、FPGA、CPLD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.灯控制器设计要求
设计一个8路移存型彩灯控制器,要求:
1.彩灯实现快慢两种节拍的变换;
2.8路彩灯能演示三种花型(花型自拟);
3.彩灯用发光二极管LED模拟;
2.程设计的总体要求
1.设计电路实现题目要求;
2.电路在功能相当的情况下设计越简单越好;
3.注意布线,要直角连接,选最短路径,不要过多的交叉连接;
4.用电安全,所加电压不能太高,以免烧坏芯片和面包板。
三总体电路的选择
方案如下:
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及节拍控制;第三块实现时钟信号的产生。
主体框图如下:
说明:
这种方案是将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起,是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因,且原理相对简单。
这样设计,其优点在于:
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。
但有时因为所用器件过多,造成电路的连接复杂,本可以用可编程逻辑器件,考虑的器件的缺乏,故采用集成芯片在面包板上搭建电路。
四单元电路的设计
1计所用的原件及工具
74LS161(四位二进制同步计数器)----------------------3个;
74LS194(双向移位寄存器)------------------------------2个;
74LS00(四—二输入与非门)----------------------------2个;
74LS04(六—非门)------------------------------------1个;
151------------------------------------------------------1个;
74--------------------------------------------------------1个;
发光二极管---------------------------------------------12个;
555-----------------------------------------------1个;
电容:
4.7μf----------------------------------------------1个;
0.01μf---------------------------------------------1个;
电阻:
150kΩ------------------------------------------------------------1个;
100Ω----------------------------------------------4个;
4.7kΩ-----------------------------------------1个;
实验板一个;
万用表一个;
钳子一个;
导线若干。
⑵各个单元电路设计
①花型演示电路
由二片移位寄存器194级联实现。
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。
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。
循环两次;
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
所设计花型总共是32个节拍,0~7显示第一种花型,8~15显示第二种花型,16~31显示第三种花型。
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led1~led8。
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(161上面的输出,采用两片161级联,分低位片和高位片)列表如下:
(用^ledi表示Ledi的取非)
低位片
高位片
控制信号(QA~QH)
SL
SR
S1
S0
SL
SR
S1
S0
QA————QH
花型1
×
^led4
0
1
×
^led8
0
1
00000000
花型2
^led1
×
1
0
×
^led8
0
1
00001000
花型3
×
^led8
0
1
×
led4
0
1
00010000
^led5
×
1
0
^led1
×
1
0
00100000
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QA~QH表示161从高位到低位的输出端。
控制结果表达式如下:
194低位片
194高位片
SL=^QF
SL=0
SR=^led4·^QD+^led8·QD
SR=^QF·^QD+led4·QD
S1=QE
S1=QD·QE
S0=^S1
S0=^S1
③时钟信号电路
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:
④花型控制信号电路
由二片161级联的模64(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/QB清零。
当三种花型全新显示一遍后(总共32拍)161的输出变为00100000所以将161高位片的Q3即QC)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151的输出端Y。
电路图如下:
(由163代替161)
⑤194的电路连接图
五总体电路图
六电路组装完成后,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,194L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8)
花型一:
花型二:
花型三:
七电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。
我的电路是经过两次失败后才完成的,我第一次完成设计后发现,我在74194上面的置数更不不起作用,因为194在左移或者右移的时候,它就会自动清一次零,所以我开始的置数完全不起作用,故此我从新有设计了电路,又在面包板上重新有连接了一次,但是还未成功,可是在我把芯片拔了又插上的时候竟然成功了。
对于这次的数字电路课程设计。
我给自己总结了以下经验,首先,在作任何事情之前一定要想清楚,一定要想清楚其中的原理,然后再去实际中看,是不是现实中有能实现你想法的工具,如果有那更好了,如果没有,那你就要想方法去用实际中工具去实现。
其次,在连接电路的时候不要慌张,要一级一级去连接,一级一级去验证,不仅要电路连接正确,还要确保输出结果正确,即逻辑正确。
就拿这次电路连接来说吧,首先应当把555连接正确,保证输出时钟频率为1Hz,然后对161进行级联,观察结果是不是模32的计数器,最终去看194的输出花型是不是想要的花型。
在这些过程中,一定要注意测试的方法,可以用万用表去测各个输出电压,也可以用发光二极管去验证,有时也可以用示波器去测试。
8.分析和总结。
本次课程实习我虽然用了一个星期的时间就全部做完,但整个过程我都认真的完成了,而且从中收获很多。
可以总结为以下的几点:
⑴对数字电路知识的巩固与提高
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。
⑵学会了理论联系实际
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。
比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的,但在实际中,导线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱,所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。
⑶学会了如何运用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路;
虽然这不是第一次用电路板,因为之前的课内实验也用过,但当时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的,用了电路板的很小部分。
这次的实习中应用了整块板子,实习后对电路板的组成完全了解了,并能熟练运用。
实习中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局,如何更好的放置芯片在最合适的位置。
在导线的连接上,如何选择导线走向是关键,我们应该尽量保证所连电路的简捷,宁短勿长,合理布线。
⑷其它
实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通,更要有绝对的耐心与细心。
连接电路时一定按照自己的设计图仔细连接这会对后面的测试起到很好的铺垫作用。
在后面查错时就不用花费精力在查线上,可以给减少很多后续工作。
我在这次的实习中其实也有连错线的时候,但我很快检查出来调整了那根线的连接,结果测试电路后花型显示完全正确。
西安邮电学院数字电路课程设计成绩鉴定表
学生姓名
班级/学号
承担任务实验室(单位)
电路与电子技术基础教学部
所在部门
电子工程学院
实施时间
2011年12月19日——2011年12月30日
具体内容
第一周
讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题;选定题目,并设计电路,完成电路设计;电路仿真;领取元器件,开始组装电路;
第二周
组装电路;老师验收电路;写实验报告;实验总结;
成绩鉴定
学习内容
(40分)
基本功能完成情况(25分)
扩展功能完成情况(10分)
其它(5分)
接受单位评价
(20分)
实践能力(10分)
学习态度(6分)
学习纪律(4分)
报告鉴定
(40分)
报告内容与实践过程紧密结合(20分)
报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数20分)
评阅教师姓名
张春茗
职称
讲师
成绩
评语
评阅教师签字
年月日
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- 关 键 词:
- 彩灯