多路彩燈數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　——多路彩燈控制器</b></p><p>　　多路彩燈控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　一 、課程設(shè)計(jì)題目（與實(shí)習(xí)目的）</p><p>　　（一）、題目：多路彩燈控制器</p><p><b>　?。ǘ?、實(shí)習(xí)目

2、的：</b></p><p>　　1．進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識。</p><p>　　2．熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　3．了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會科學(xué)分析和解決問題。 </p><p>　　4．培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是

3、的工作態(tài)度。</p><p>　　5．鍛煉動手能力，排錯能力。</p><p><b>　　二、 任務(wù)和要求</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)彩燈控制的方法很多，如EPROM編程、RAM編程、單板機(jī)、單片機(jī)等，都可以組成大型彩燈控制系統(tǒng)。因?yàn)楸敬螌?shí)習(xí)要求設(shè)計(jì)的彩燈路數(shù)較少，且花型變換較為簡單，故采用移位寄存器型彩燈控制電路。</p>

4、<p>　　（1）彩燈控制器設(shè)計(jì)要求</p><p>　　設(shè)計(jì)一個8路移存型彩燈控制器，基本要求：</p><p>　　1. 8路彩燈能演示三種花型（花型自擬）；</p><p>　　2. 彩燈用發(fā)光二極管LED模擬；</p><p>　　選做：實(shí)現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的變換。</p><p>　?。?）課程設(shè)計(jì)

5、的總體要求</p><p>　　1．設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)題目要求；</p><p>　　2．電路在功能相當(dāng)?shù)那闆r下設(shè)計(jì)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><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>　　

6、三 總體方案的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　整體電路分為四個模塊，第一個模塊時(shí)鐘信號的產(chǎn)生；第二個模塊實(shí)現(xiàn)節(jié)拍控制；第三個模塊實(shí)現(xiàn)花型的控制；第四個模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)花型的演示。 這種方案將整個設(shè)計(jì)電路的功能模塊化，設(shè)計(jì)思想比較簡單。元件種類使用少，且都較熟悉易于組裝電路。這么設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是：電路設(shè)計(jì)模塊化，易于檢查電路，對后面的電路組裝及電路調(diào)試都很方便，花型控制電路簡單，花型也比較簡單。</

7、p><p><b>　　主體框圖如下：</b></p><p>　　時(shí)鐘信號CP電路：用555芯片產(chǎn)生CP脈沖。</p><p>　　節(jié)拍控制電路：節(jié)拍變化由151八選一數(shù)據(jù)選擇器完成，節(jié)拍的快慢變化可有74雙上升沿D觸發(fā)器完成，它可實(shí)現(xiàn)二分頻。</p><p>　　花型控制電路：由1614位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器完成；</

8、p><p>　　花型演示電路：由195 雙向移位寄存器完成（可左移右移完成花型變化）；</p><p><b>　　四 單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)所使用的元件及工具：</p><p>　　74LS161（四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器） ---------------------------- 2個；<

9、/p><p>　　74LS194（移位寄存器） ----------------------------------- 2個；</p><p>　　74LS151（八選一數(shù)據(jù)選擇器） -------------------------------- 1個；</p><p>　　74LS74（雙D 觸發(fā)器） -----------------------------

10、---------- 1個；</p><p>　　74LS00（四二輸入與非門） ---------------------------- ------1個；</p><p>　　74LS04（六非門） ------------------------------------------- 1個；</p><p>　　發(fā)光二極管---------------

11、------------------------------ ------8個；</p><p>　　555 ----------------------------------------------------- 1個；</p><p>　　電容： 4.7μf ----------------------------------------------1個；</p&g

12、t;<p>　　0．01μf -----------------------------------------------1個；</p><p>　　電阻： 150kΩ ------------------------------------------------------------ ---------1個；</p><p>　　100Ω ----------

13、------------------------------------4個；</p><p>　　4.7kΩ ------------------------------------------------1個；</p><p>　　實(shí)驗(yàn)板一塊；萬用表一個; 鉗子一個；導(dǎo)線若干。</p><p><b>　　2.各個單元電路</b></

14、p><p><b>　　（1）時(shí)鐘信號電路</b></p><p>　　由一片555加上適當(dāng)電容及電阻實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　電容取：4.7μf 10nf</p><p>　　電阻?。?50 kΩ 4.7 kΩ</p><p><b>　　電路圖如右：</b>&l

15、t;/p><p><b>　?。?）節(jié)拍控制電路</b></p><p>　　由一片151和一片74級聯(lián)實(shí)現(xiàn)。整體上實(shí)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B,C,G’,GND接低電平，Vcc接高電平，D0接時(shí)鐘信號的CP脈沖

16、，A端接由花型控制電路的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(shí)鐘信號電路的CP脈沖慢了一拍。</p><p>　　所以通過A為0或1選擇Y端輸出的脈

17、沖的頻率。A端接的是161的高位片的QF即當(dāng)?shù)竭_(dá)第32拍時(shí)QF為1接下來的33~64拍為變慢后的脈沖輸出。</p><p><b>　　電路圖如右: </b></p><p>　?。?）花型控制信號電路</p><p>　　由二片161級聯(lián)的模64（三種花型每種顯示一遍，再總體重復(fù)一遍的總節(jié)拍數(shù)）計(jì)數(shù)器。161的級聯(lián)用的是同步，并用^QG清零。

18、</p><p>　　當(dāng)三種花型全新顯示一遍后（總共32拍）161的輸出變?yōu)?0000100所以將161高位片的信號QF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示的頻率。161的CP脈沖來自節(jié)拍控制電路中151的輸出端Y。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　?。?）花型演

19、示電路</b></p><p>　　由二片移位寄存器194實(shí)現(xiàn)。其八個輸出信號端連接八個發(fā)光二極管，用其輸出信號控制發(fā)光二級管的亮滅實(shí)現(xiàn)花型演示。而花型之間的變化通過花型控制電路的輸出即161級聯(lián)的計(jì)數(shù)器輸出控制（它們由同一個CP脈沖控制）。</p><p><b>　　三種花型變換樣式</b></p><p>　　花型1：8路燈分

20、兩半。從左至右漸亮，全亮后，再分兩半從左至右漸滅。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型2：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。循環(huán)兩次；</p><p>　　花型3：從左至右順次漸亮。全亮后逆序漸滅。循環(huán)兩次。</p><p>　　移存器輸出狀態(tài)編碼表</p><p>　　這3種花型在每種頻率下各顯示一遍，三種花型完全顯

21、示一遍需要的總結(jié)拍數(shù)為32，即1~8顯示第一個花型，9~16顯示第二個花型，17~31顯示第三個花型。</p><p>　　要用194實(shí)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(jìn)行相應(yīng)的改變,將兩片194分為低位片和高位片，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(yīng)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)<

22、/p><p><b>　　列出卡諾圖分析</b></p><p><b>　　194低位片</b></p><p>　　SL=^L8 S1=D^E</p><p>　　SR=^L8S0=^ (D^E)</p><p><b&

23、gt;　　194高位片</b></p><p>　　SL=XS1=0</p><p>　　SR=^L8^E+ L4 ES0=1</p><p>　　由上圖分析可以得到控制194高、低位片的左移右移變化控制端S1、S0以及串行輸入端的由161的輸出端QD、QE和本身輸出端L4和^L8控制。用去QA—QH表示161

24、從低位到高位的個輸出端。</p><p>　　控制結(jié)果表達(dá)式如下：</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　　五 總體電路圖</b></p><p>　　六 電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決的方法。</p><p>　　剛開始數(shù)電實(shí)習(xí)的

25、時(shí)候，我就確定了先設(shè)計(jì)電路再用軟件仿真再搭電路的思路。</p><p>　　在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我先確定了總體框圖，555的CP脈沖電路，74,151的分頻電路相對容易，很快就設(shè)計(jì)好了，難就難在161和194的關(guān)系處理上，怎么用161控制194的花型轉(zhuǎn)換，怎么用194連續(xù)顯示3種花型呢？接著我想到161的功能就是計(jì)數(shù)，它可以通過計(jì)數(shù)來控制花型的轉(zhuǎn)換，而194是移位寄存器，通過控制它的SL,SR,S0，S1，就可以進(jìn)行花

26、型的顯示，而卡諾圖化簡就可以找出161和194的關(guān)系，理清思路后，我很快就完成了設(shè)計(jì)。</p><p>　　確定好思路后就分模塊實(shí)現(xiàn)，周二和周三都在進(jìn)行電路的仿真，剛開始用的是mulitisim仿真軟件，但是一直有問題，不是燈不亮就是花型是亂的，我就在想出現(xiàn)這種問題的原因只有三個：</p><p><b>　　1.原理是錯的</b></p><p&

27、gt;　　2.在搭線過程中出現(xiàn)了錯誤</p><p>　　3. mulitisim仿真軟件對數(shù)電模擬存在誤差，即使原理和搭線正確但仍然不能正常顯示結(jié)果。</p><p>　　對于這三種可能性，我仔細(xì)檢查了原理沒有錯誤，然后檢查了電路也沒有錯誤，我就懷疑是mulitisim出錯了，后來換了proteus軟件進(jìn)行仿真，結(jié)果正確。我就在想可能是因?yàn)閙ulitisim軟件多用于模擬電路的仿真，它對

28、于數(shù)字電路的仿真可能不準(zhǔn)確，而proteus是專門針對數(shù)字電路設(shè)計(jì)的軟件，所以結(jié)果準(zhǔn)確，通過這次實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了這兩種軟件的用法，收獲很大。</p><p>　　仿真正確后，周四我就開始用面包板搭電路了，再搭電路前，我用萬用表測了面包板的正負(fù)極是否連通，在確保它是連通的后才正式搭電路，由于設(shè)計(jì)和仿真都是自己一步步扎扎實(shí)實(shí)地走的，所以搭電路只用了一下午就完成了，周五就進(jìn)行了測驗(yàn)，加上電后，我分模塊對電路進(jìn)行了測

29、試。</p><p>　　1.測試脈沖產(chǎn)生模塊。</p><p>　　在555定時(shí)器的3腳插上了一個LED燈后，發(fā)現(xiàn)燈不亮，我就懷疑是不是點(diǎn)沒加進(jìn)去，檢查后發(fā)現(xiàn)，我把電源負(fù)極和地分開了，沒有把它們接在一起，這就相當(dāng)于電路沒連通，在用導(dǎo)線把它們連接好后再加電，LED燈正常閃亮，我又在151的Y輸出端接上了一個LED燈，正常閃亮，說明脈沖產(chǎn)生電路是正常的。</p><p&g

30、t;　　2.測試節(jié)拍控制模塊。</p><p>　　我先把A接0，發(fā)現(xiàn)Y輸出接的LED燈和CP輸出端接的燈閃亮是同步的，即還沒有分頻，再把A接高電平，這時(shí)現(xiàn)Y輸出接的LED燈和CP輸出端接的燈閃亮便不是同步的了，即實(shí)現(xiàn)了分頻，分頻電路正確。</p><p>　　3.測試花型控制電路和花型演示電路。</p><p>　　我在兩片161的輸出端都接上了LED燈，觀察它計(jì)

31、數(shù)是否正確，再在兩片194的輸出端接上LED燈，觀察其分頻前的花型和分頻后的花型是否正確。在加電后，觀察到161可以正常計(jì)數(shù)，且194的花型顯示也是正確的，但就是在161計(jì)數(shù)到32后沒有進(jìn)行分頻，在分頻模塊功能正常的前提下，出現(xiàn)這種情況的原因只有一種，那就是A的高電平?jīng)]有返回給151，所以對于151來說在A是0時(shí)，輸出的就是CP，所以沒有分頻，我用萬用表測了151的A引腳和161的F輸出，發(fā)現(xiàn)是正常連通的，但是加電后還是不能分頻，既然不

32、是接觸不良，那問題會出在哪呢？這引起了我的思考，會不會是F腳的輸出邏輯電平達(dá)不到1，因?yàn)槲以贔腳接了一個LED燈，會產(chǎn)生壓降，雖然燈可以亮，但它的邏輯值卻是0，那么把F腳的這個燈拔掉這一問題會不會就解決掉了呢？在拔掉燈后，我驚喜地發(fā)現(xiàn)在161計(jì)數(shù)到32后，可以實(shí)現(xiàn)分頻了！</p><p>　　至此，測試完滿結(jié)束。</p><p><b>　　七 分析和總結(jié)。</b>&

33、lt;/p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我只用了一個星期的時(shí)間就全部做完，一天設(shè)計(jì)，兩天半仿真，半天測試，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)之前根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，每個模塊都仔細(xì)的設(shè)計(jì)分析了，扎扎實(shí)實(shí)一步步實(shí)現(xiàn)，才有這么高的效率。而且從本次課程設(shè)計(jì)中收獲很多?？梢钥偨Y(jié)為以下的幾點(diǎn)：</p><p>　　（一）靈活運(yùn)用數(shù)電知識</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識，在

34、整個實(shí)習(xí)過程中，都離不開對數(shù)字電路課程知識的再學(xué)習(xí)。151,194,161,555各個芯片的功能，真值表都熟悉了一遍。鞏固了數(shù)電知識。在剛開始設(shè)計(jì)花型時(shí)，由于我對194芯片的SR，SL控制不是很清楚，所以就在這塊打住了，后來認(rèn)真查書，找到控制它們的規(guī)律后，完成了194顯示花型的設(shè)計(jì)，也完成了161對194的控制。</p><p>　?。ǘ┱莆樟薓litisim和Proteus的用法</p><

35、;p>　　剛開始進(jìn)行仿真時(shí)，連芯片都找不到，在自己的摸索下，漸漸熟悉了Mlitisim軟件的用法，但由于仿真結(jié)果不正確，又換用Proteus軟件進(jìn)行仿真，又從頭再來，學(xué)會了Proteus軟件的用法。這對后來搭電路打下了良好的基礎(chǔ)，因?yàn)槿绻荒鼙ＷC仿真結(jié)果是正確的，就不能搭電路了。</p><p>　?。ㄈ╁憻捔朔治鰡栴}的能力和排錯能力</p><p>　　在拿到這個題目時(shí)，我首先進(jìn)

36、行了分析，它要實(shí)現(xiàn)什么功能，分哪幾個模塊，各個模塊又由哪些芯片構(gòu)成，這些芯片該怎么用，各個模塊之間又有什么聯(lián)系。</p><p>　　在分析好這些后，再進(jìn)一步地完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，從整體到部分，分而治之是核心。</p><p>　　設(shè)計(jì)好方案后，進(jìn)行仿真時(shí)，又出現(xiàn)了錯誤，我認(rèn)真列舉出可能的情況，一一分析，排除，最后找出問題，解決問題。在測試電路時(shí)，又不可避免地出現(xiàn)了各種錯誤，但是把問題具體化，大

37、化小，最后還是可以找出問題，并解決問題的。只要有足夠的耐心和細(xì)心，思路清晰，就會很輕松地解決問題。通過這次實(shí)習(xí)，我的邏輯思維能力得到了很好的鍛煉，分析問題和解決問題的能力也得到了提升，排錯能力也比以前好了。

38、 </p><p>　　

39、（四）鍛煉了動手能力</p><p>　　學(xué)數(shù)電的時(shí)候，我不會想著怎么布線，怎么放置芯片，使整體布局更合理，更美觀，但實(shí)際搭電路的時(shí)候就得考慮這些問題，由于資源有限，怎么接可以更節(jié)約導(dǎo)線，用更少的芯片，這都得仔細(xì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)得好的話，有利于以后檢查電路，也方便別人看。如果沒有這次實(shí)習(xí)，我可能還會犯一些很簡單的錯誤，如不知道把負(fù)極和地接在一起，但是，時(shí)間出真知，通過自己動手實(shí)踐，我牢牢地記住了這個知識點(diǎn)，也豐富了自己

40、在搭電路方面的經(jīng)驗(yàn)。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本次試驗(yàn)中包括CP的產(chǎn)生電路用的555芯片，基本電路我用了7個芯片（一片555、兩片161、兩片194、一片00、一片04），分頻電路用74和151實(shí)現(xiàn)，一共用了9個芯片。是目前我想出的用最少的器件，最簡單的布線來實(shí)現(xiàn)所要求的功能。</p><p>　　從電路圖

41、的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、仿真、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，都是自己思考和動手。掌握了ModelSim和Proteus軟件的操作，用所學(xué)習(xí)過的芯片設(shè)計(jì)電路，并用面包板來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的過程中排錯、檢查的能力也得到鍛煉。</p><p>　　總而言之，好好利用了學(xué)校給我們提供的此次實(shí)習(xí)的機(jī)會，努力按要求完成了任務(wù)，提高了自己的綜合思考能力和動手實(shí)踐能。</p><p>　　西安郵電大學(xué) 數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì) 過程考核及成績鑒定