多路彩燈控制器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)</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><b>　　一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)。</p><p>　　熟

2、悉幾種常用集成數(shù)字芯片，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問(wèn)題。</p><p>　　培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。</p><p><b>　　二 設(shè)計(jì)題目與思路</b></p><p>　　本次數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)我選擇

3、的題目是“多路彩燈控制器”。</p><p>　　這個(gè)系統(tǒng)的主要功能是：</p><p>　　1.自動(dòng)控制多路彩燈按預(yù)設(shè)的花型進(jìn)行變換；</p><p>　　2.花型種類不少于三種，花型自擬；</p><p>　　3.分別用快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型變換。</p><p>　　4.選作：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，要求同上；</p&

4、gt;<p>　　用可編輯邏輯器件實(shí)現(xiàn)，要求同上。</p><p><b>　　三 使用元件</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)所需的元件：</p><p>　　74LS161（四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器） ---------------------- 2個(gè)；</p><p>　　74LS194（移位寄存器）

5、 ------------------------------ 2個(gè)；</p><p>　　74LS74（雙D 觸發(fā)器） ------------------------------- 1個(gè)；</p><p>　　74LS00（四二輸入與非門） ---------------------------- 2個(gè)；</p><p>　　74LS04（六非門

6、） ------------------------------------ 1個(gè)；</p><p>　　發(fā)光二極管--------------------------------------------- 12個(gè)；</p><p>　　555 --------------------------------------------- 1個(gè)；</p><p&

7、gt;　　電容： 4.7μf ---------------------------------------------- 1個(gè)；</p><p>　　0．01μf ---------------------------------------------- 1個(gè)；</p><p>　　電阻 ： 150kΩ ------------------------------------

8、------------------------ 1個(gè)；</p><p>　　4.7kΩ --------------------------------------------- 1個(gè)；</p><p>　　33Ω ------------------------------------------------4個(gè)；</p><p><b>

9、;　　實(shí)驗(yàn)板一個(gè)；</b></p><p><b>　　萬(wàn)用表一個(gè)；</b></p><p><b>　　導(dǎo)線若干；</b></p><p><b>　　2．工具：</b></p><p><b>　　鉗子一個(gè)。</b></p>

10、<p>　　四 總體方案的設(shè)計(jì)與選擇</p><p><b>　　1．總體方案的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　拿到題目后，經(jīng)過(guò)分析問(wèn)題及初 步的整體思考，擬定以下二種方案：</p><p>　　方案一：總體電路共分三大塊。第一塊實(shí)現(xiàn)花型的演示；第二塊實(shí)現(xiàn)花型的控制及節(jié)拍控制；第三塊實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生。</p><

11、;p><b>　　主體框圖如下： </b></p><p>　　方案二：在方案一的基礎(chǔ)上將整體電路分為四塊。第一塊實(shí)現(xiàn)花型的演示；第二塊實(shí)現(xiàn)花型的控制；第三塊實(shí)現(xiàn)節(jié)拍控制；第四塊實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生。并在部分電路的設(shè)計(jì)上與方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。</p><p><b>　　主體框圖如下：</b></p>&

12、lt;p><b>　　2總體方案的選擇</b></p><p>　　方案一與方案二最大的不同就在，前者將花型控制與節(jié)拍控制兩種功能融合在一起，是考慮到只要計(jì)數(shù)器就可以實(shí)現(xiàn)其全部功能的原因，且原理相對(duì)簡(jiǎn)單。如此設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)在于：設(shè)計(jì)思想比較簡(jiǎn)單。元件種類使用少，且都較熟悉易于組裝電路。缺點(diǎn)則是：中間單元電路連線過(guò)于繁多，容易出錯(cuò)。且可能出現(xiàn)線與關(guān)系。要避免這些，則勢(shì)必造成門電路使用過(guò)多。

13、導(dǎo)致電路不穩(wěn)定，抗干擾能力下降。而后者則將以上兩種功能分開(kāi)設(shè)計(jì)，各單元電路只實(shí)現(xiàn)一種功能。其優(yōu)點(diǎn)在于：電路設(shè)計(jì)模塊化，易于檢查電路，對(duì)后面的電路組裝及電路調(diào)試帶來(lái)方便。缺點(diǎn)則是：節(jié)拍控制電路采用可編輯邏輯電路，原理相對(duì)復(fù)雜，不易理解。花型控制電路簡(jiǎn)單，花型也比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　基于以上原因，加上為了確保短時(shí)間內(nèi)完成課程設(shè)計(jì)，我選擇了連線少，易于組裝和調(diào)試的方案二。</p><p&g

14、t;<b>　　五 單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)花型</b></p><p>　　由二片移位寄存器194級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。其八個(gè)輸出信號(hào)端連接八個(gè)發(fā)光二極管，用其輸出信號(hào)控制發(fā)光二級(jí)管的亮滅實(shí)現(xiàn)花型演示。</p><p><b>　　三種花型變換樣式</b></p>

15、<p>　　花型1：8路燈分兩半。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(duì)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。全亮后從左至右依次漸滅。循環(huán)兩次。</p><p>　　移存器輸出狀態(tài)編碼表</p><p>　　我

16、的設(shè)計(jì)是每種花型完整顯示兩遍，所以三種花型完全顯示一遍需要的總結(jié)拍數(shù)為64，即1~16顯示第一個(gè)花型，17~32顯示第二個(gè)花型，33~64顯示第三個(gè)花型。</p><p>　　要用194實(shí)現(xiàn)三個(gè)花型的連續(xù)顯示必須對(duì)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。現(xiàn)將兩片194分為低位片1和高位片2，再將其輸出端從低位到高位記為L(zhǎng)1~L8。列出各花型和其對(duì)應(yīng)的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號(hào)

17、及節(jié)拍控制信號(hào)列表如下：(用/Li表示Li的取非)</p><p>　　經(jīng)過(guò)分析可以得到控制194高低位片的左移右移變化的控制量。用QA~QH表示161從低位到高位的個(gè)輸出端。</p><p>　　控制結(jié)果表達(dá)式如下：</p><p>　　由二片移位寄存器194級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。其八個(gè)輸出信號(hào)端連接八個(gè)發(fā)光二極管，用其輸出信號(hào)控制發(fā)光二級(jí)管的亮滅實(shí)現(xiàn)花型演示。</p&

18、gt;<p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　2．花型控制信號(hào)電路</p><p>　　由二片161級(jí)聯(lián)的模128（三種花型節(jié)拍每種顯示兩遍，再總體重復(fù)一遍的總節(jié)拍數(shù)）計(jì)數(shù)器。</p><p>　　161的級(jí)聯(lián)用的是同步，并用/QH清零。</p><p>　　當(dāng)三種花型全新顯示一遍后（

19、總共64拍）161的輸出變?yōu)?0000100所以將161高位片的Q2（即QG）信號(hào)輸給節(jié)拍控制電路的151的A來(lái)通過(guò)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(lái)自節(jié)拍控制電路中74的輸出端Y。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　　3．節(jié)拍控制電路</b></p><p>

20、;　　由一片151和一片74級(jí)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D0,D2,D3,D4,D5,D6,D7,B,C,G’,GND接低電平，Vcc接高電平，D0接時(shí)鐘信號(hào)的CP脈沖，A端接由花型控制電路的QG輸出。</p><p>　　所以Y端的輸出就

21、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(gè)狀態(tài)，所以在每一個(gè)CP脈沖的上升沿，Q輸出為上一次的記錄（即一個(gè)脈沖）。也就比時(shí)鐘信號(hào)電路的CP脈沖慢了一拍。</p><p>　　所以通過(guò)A為0或1選擇Y端輸出的脈沖的頻率。A端接的是161的高位片的QG即當(dāng)?shù)竭_(dá)第64拍時(shí)QG為1接下來(lái)的65~128拍為變慢后

22、的脈沖輸出。</p><p><b>　　4．時(shí)鐘信號(hào)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?。?.7μf 0.01μf</p><p>　　電阻?。?50 kΩ 4.7 kΩ</p><p><b>　　電路圖如下

23、：</b></p><p><b>　　六 總體電路圖</b></p><p>　　七 電路組裝、調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決辦法</p><p>　　我的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)總共用了4天完成的，這4天每一天都有所收獲，都有所進(jìn)步。第一天，去實(shí)驗(yàn)室主要就是聽(tīng)老師講一些使用注意事項(xiàng)等，并且選擇一個(gè)課題。選完課題老師就讓我們回去查質(zhì)料。第一天

24、就在查資料中度過(guò)。通過(guò)學(xué)習(xí)基本掌握了整個(gè)電路設(shè)計(jì)是由幾個(gè)模塊組成，以及各模塊的原理。第二第三天開(kāi)始在電腦上進(jìn)行電路仿真，一直到周四才基本完成電路死模塊的各自仿真，和整體電路仿真。周四開(kāi)始電路連接連完時(shí)鐘電路后，滿以為會(huì)很成功，因?yàn)槲业碾娐愤B得很簡(jiǎn)潔。結(jié)果是加電后LED二極管居然常亮，檢查電路沒(méi)什么問(wèn)題，我開(kāi)始不知所措，于是去咨詢其他同學(xué)，發(fā)現(xiàn)好多同學(xué)都有和我一樣的問(wèn)題，有同學(xué)說(shuō)那可能是線的而問(wèn)題，也可能是板子的問(wèn)題，也可能是電容的正負(fù)極

25、插反了…不管是什么問(wèn)題，一個(gè)個(gè)排除吧，直到周五最終發(fā)現(xiàn)是4.7μF電容連接短路導(dǎo)致二極管居然常亮。在周五到第二周周一一直在連接電路與檢查電路中度過(guò)。時(shí)常出現(xiàn)像錯(cuò)接、漏接等錯(cuò)誤。</p><p>　　在電路組裝過(guò)程中，遇到的最大問(wèn)題是，起初考慮不周全，芯片分布不夠合理，出現(xiàn)了許多“特長(zhǎng)線”。不但影響布線速度，而且也會(huì)給后來(lái)的調(diào)試帶來(lái)不必要的麻煩。當(dāng)時(shí)已經(jīng)布線不少，不可能重新開(kāi)始，再三權(quán)衡，最后只移動(dòng)了一個(gè)芯片，問(wèn)題

26、就得到了很大改善。其次就是布線，因?yàn)橐蟛粶?zhǔn)交叉，且橫平豎直，所以在保證連通的情況下，在布線上也下了不少工夫。</p><p>　　調(diào)試過(guò)程中，第一輪用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)試，就遇了實(shí)驗(yàn)板上有插孔不通的情況，導(dǎo)致芯片不能正常工作。相對(duì)于別的辦法，我選擇了導(dǎo)線顯式連通，因?yàn)槠涓魑?，更易?shí)現(xiàn)。第二輪接電后，用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)試單元電路的狀態(tài)。如：時(shí)鐘信號(hào)電路的信號(hào)是否正常產(chǎn)生，控制信號(hào)電路中的計(jì)數(shù)器能否正常計(jì)數(shù)，D觸發(fā)器

27、能否每22拍翻轉(zhuǎn)一次……最后在整體上測(cè)試一遍。</p><p>　　在調(diào)試過(guò)程中由于一些線路連接不夠結(jié)實(shí)，導(dǎo)致經(jīng)常前一時(shí)刻檢測(cè)完沒(méi)問(wèn)題。之后卻無(wú)法正常工作。這讓我們的調(diào)試變得更難，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題我是采取部分電路檢測(cè)法。我從同學(xué)那借了一些發(fā)光二極管在555、74、151、161、194的每一個(gè)輸出端都接上了。這樣使得問(wèn)題的范圍縮小了很多，更易于檢測(cè)電路。</p><p>　　還有就是芯片的好壞

28、問(wèn)題。由于使用的器件中有一些是舊器件，好壞未知。在本次電路檢測(cè)中我就由于芯片問(wèn)題走了很多的彎路。最后在換了片161后整個(gè)電路就正常工作起來(lái)了。</p><p><b>　　八 分析與心得</b></p><p>　　本次課程實(shí)習(xí)我雖然用了一個(gè)星期的時(shí)間就全部做完，但整個(gè)過(guò)程我都認(rèn)真的完成了，而且從中收獲很多。可以總結(jié)為以下的幾點(diǎn)：</p><p&g

29、t;　　1，對(duì)數(shù)字電路知識(shí)的鞏固與提高</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(shí)，在整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程中，都離不開(kāi)對(duì)數(shù)字電路課程知識(shí)的再學(xué)習(xí)。提別是對(duì)這次電路設(shè)計(jì)過(guò)程中用的的器件：555、74、151、161、194有了更深的認(rèn)知。以前是提到說(shuō)到這些器件才會(huì)想起它的功能，現(xiàn)在卻可以再先到要實(shí)現(xiàn)其功能是舊能想到用這些器件。我覺(jué)得這是一種學(xué)與用的轉(zhuǎn)變。</p><p>

30、;　　2，學(xué)會(huì)了理論聯(lián)系實(shí)際</p><p>　　課程設(shè)計(jì)，通過(guò)選擇的題目，根據(jù)要求，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將其付諸實(shí)踐來(lái)完成。這并不是在課堂上的單純聽(tīng)懂，或者課后看書(shū)過(guò)程中的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。理論知識(shí)往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設(shè)論，而實(shí)際的動(dòng)手操作則完全不同，需要考慮實(shí)際中的很多問(wèn)題。有些知識(shí)在理論上可能完全沒(méi)錯(cuò)但到了實(shí)際中則不然。比如在動(dòng)筆做題時(shí)我們是不用考慮導(dǎo)線的電阻的，但在實(shí)際中，導(dǎo)線電

31、阻有時(shí)是會(huì)帶來(lái)時(shí)延造成花型變化的錯(cuò)亂，所以我們應(yīng)盡量在連接電路時(shí)選擇最短路徑。又如做題時(shí)線路可以交叉，但實(shí)際連接時(shí)，交叉電路會(huì)使得錯(cuò)誤連接時(shí)改動(dòng)困難。</p><p>　　3.和同學(xué)的互相協(xié)作共同進(jìn)步</p><p>　　在實(shí)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到一些自己可能暫時(shí)無(wú)法想明白的問(wèn)題，請(qǐng)教同學(xué)或老師是很好的做法，節(jié)省時(shí)間也會(huì)從別人上上學(xué)到更多。在設(shè)計(jì)時(shí)和同學(xué)相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對(duì)問(wèn)

32、題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的觀點(diǎn)、意見(jiàn)，其他人的設(shè)計(jì)一定有比你出色的地方，很好的借鑒，并在大家的商討中選擇最優(yōu)方案最終一定會(huì)得到最好的設(shè)計(jì)方法。此次電路設(shè)計(jì)過(guò)程中由于器件的限制，有些花型設(shè)計(jì)完成后會(huì)發(fā)現(xiàn)器材不過(guò)用。在我和龐娟的不斷探討和努力下，我們輕松的完成了花型的選擇工作。當(dāng)我們完成花型選擇時(shí)，大部分的同學(xué)還在那獨(dú)自思考器材不夠的問(wèn)題。</p><p><b>　　4.其他</b

33、></p><p>　　課程實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)是開(kāi)端，連接是關(guān)鍵，測(cè)試是必須。這次課程設(shè)計(jì)不僅僅使我的數(shù)字電路知識(shí)得到了鞏固與提高。更重要的是通過(guò)這次獨(dú)立自主的設(shè)計(jì)我擁有了面對(duì)困難的勇氣和敢于挑戰(zhàn)困難的毅力。讓我重拾丟失已久的信心，讓我心中再次燃起了愛(ài)拼才會(huì)贏的熊熊烈火。</p><p><b>　　九參考文獻(xiàn)。</b></p><p>　　<