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1、课程设计（大作业）报告课程名称： 数字电子技术 设计题目： 八路彩灯控制电路 院 系： 信息技术学院 班 级： 物联网工程（1）班 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2015/6/23-2015/6/25 信息技术学院昆明学院课程设计（大作业）任务书姓 名 院（系）：信息技术学院专 业：物联网工程学 号：任务起止日期：课程设计题目：八路彩灯控制电路课程设计要求：完成一个八路彩灯控制电路的电路设计、系统仿真，实现以下功能：1、接通电源，电路开始工作，LED灯闪烁；2、LED灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种模式；3、闪烁时实现快慢两种节拍的变换；工作计划及安排：1
2、、查阅资料。分析比较、选择设计方案；2、总体设计。设计计算、元件选取、绘制电路原理图；3、软件仿真。利用Proteus软件构建电路，进行虚拟仿真;4、调试。利用Proteus软件的调试工具进行分块调试、整机联调;5、故障排除。根据调试过程中出现的问题，逐一查找原因，排除故障，使电路达到设计要求；6、撰写课程设计报告。要求写出设计思路、工作原理，画出电路结构框图，绘出电路原理图，给出设计参数及调试电路数据，分析设计中遇到的问题和解决方法及设计心得体会。指导教师签字 年 月 日课程设计（大作业）成绩学号： 姓名： 指导教师： 课程设计题目：八路彩灯控制电路总结： 通过这次课程设计，首先整体对这个学
3、期所学的数字电子技术这门课进行了整体归纳总结，特别是有关此次设计内容的芯片功能及具体应用有了更多更深的了解，并且更深一步的熟练掌握仿真软件Proteus，面对相对复杂的仿真图应该怎样合理布局才比较清晰完美，并且还比较考验自己的细心程度，对于练就我们的耐心有很大帮助。 在课程设计工程中，遇到了很多问题，和同学互相协同合作，共同解决问题，共同进步，相互学习，交流课程设计的经验教训。此次课程设计中设计是开端，连接是关键，测试是必须的。所以实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精准，无论是连仿真图还是实际电路图，更要有绝对的耐心与细心，可能因一个很小的错误而不能实现你所设计的功能，从而花费大量的时
4、间和精力在检查错误上，耽误写报告等等。这次课程设计收获颇多，数字电子技术这门课有了理论与实际应用有了更深刻的认识。指导教师评语：成绩：填表时间：指导教师签名：目 录一、课程设计目的2二、课程设计描述和要求2（一）彩灯控制器设计要求2（二）课程设计的总体要求2三、课程设计内容3（一） 原理分析3（二）实验仪器6（三） 每块模版线路连接61.时钟信号电路62. 花型控制信号电路73.花型演示电路74.总体电路图8四、电路测试8五、分析与总结10六、参考文献12八路彩灯控制电路一、课程设计目的（一） 进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。（二） 了解数字电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问
5、题。（三） 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。 （四） 对数字电子技术中所学的芯片功能进行归纳总结。二、课程设计描述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。（一）彩灯控制器设计要求设计并制作8路彩灯控制电路，用以控制8个LED按照不同的花色闪烁，要求如下：1 接通电源，电路开始工作，LED灯闪烁；2 LED灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种模式；3 （选做内容）闪烁时实现快慢两种节拍的
6、变换。（二）课程设计的总体要求1. 根据设计任务，每人独立完成一份设计电路图，并要求仿真实现；2. 根据设计的电路图，两人一组，利用万能板完成电路的焊接，并调试成功；3. 每人独立完成一份设计报告。三、课程设计内容（一） 原理分析1. 针对题目设计要求，经过分析与思考，决定以下方案：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： 图3.1 原理主体框图 2. 根据所提供的实验器材各模块总体思路如下： 时钟信号CP电路：参见高等教育出版社 阎石主编的数字电子技术基础课本P495图10.5.6a；花型控制电路：由两片161 4位二
7、进制同步计数器和一些非门共同完成;花型演示电路:由两片194 双向移位寄存器完成，可左移右移完成花型变化;3.整个花型控制电路设计如下：花型1：8路灯分两半，从右至左渐亮，全亮后，再分两半从右至左渐灭，循环两次。 花型2：从两边到中间对称地逐次渐亮，全亮后仍由两边到中间逐次渐灭，循环两次。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，循环两次。 。 4.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L1-L8，所以四种花型的L1-L8的状态值变化情况如下表3.1所示：表3.1 四种花型L1-L8的状态值变化表序号花型1花型2花型3123456781000
8、0001三种花型每种花型显示两遍，1-16显示第一个花型，17-32显示第二个花型，33-48显示第三个花型。5. 要用74LS194实现三个花型的连续显示必须对两片74LS194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,通过74LS161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5Q6去控制74LS194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。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L1-L8。列出各花型和其对应的74LS194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(
9、用 Li表示Li的取非)表3.2输入信号及节拍控制信号表花型低位片节拍控制信号SLSRS1S0SLSRS1S0QE QF1XL801XL801002L8X10XL801103XL801XL40101XL801xL40111列出卡诺图分析：74LS194低位片 QE QF 0 1 QE QF 0 1 0 XL8 0 0 1 1 X X 1 0 0SL=L8 S1=QE . QF QE QF 0 1 QE QF 0 1 0 L8 X 0 1 0 1 L8 L8 1 1 1SR=L8SL= ( QE . Q F)74LS194高位片 QE QF 0 1 QE QF 0 1 0 X X 0 L8 L8
10、 1 X X 1 L4 X L4SL=XSR= QF .L8+ QF .L4 QE QF 0 1 QE QF 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1S1=0S0=1图3.2 卡诺图分析图 由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端S1、S0以及串行输入端的由74LS161的输出端QE 、QF和本身输出端L4和L8控制。用去QAQH表示74LS161从低位到高位的个输出端。控制结果表达式如下：表3.3输出端控制结果表194低位片194高位片S1=QE . QFS1=0S0=S1S0=1SL=L8SL=XSR=L8SR=QF.L4+QF. L8（二）实验仪器74LS
11、161（四位二进制同步计数器）2个；74LS194（移位寄存器）2个；74LS04（ 六反相器）2个；发光二极管 8个；555 定时器1个；电容两个，分别为4.7f、001f；电阻两个，阻值为20k、30k；通用实验电路板及连线（面包板）；万用表。（三） 每块模版线路连接1.时钟信号电路由一片555定时器加上适当电容及电阻实现。电容取：4.7f、0.01f；电阻取：20 k、30 k；时钟信号频率为： f=1/T=1/0.69(R1+R2)c1hz；电路图3.1所示：图3.1 555定时器的连接图2. 花型控制信号电路由二片161级联的模48（三种花型节拍总数）计数器实现。将其几个输出信号加上
12、适当门电路产生三种花型所需的输入信号。电路图如下：图3.2 花型控制电路图3.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。电路图如下：图3.3 花型演示电路图4.总体电路图图3.4 八路彩灯控制电路仿真图四、电路测试电路组装完成后，实际测量的各个单元电路的输入、输出信号波形如下：1基本CP脉冲产生电路波形图波形图图.CP脉冲图2. 测试波形: (列依次为CP脉冲,低位片74LS194A,B,C,D,高位片74LS194A,B,C,D。即L1-L8)花型一：图3.2 花型一测试波形图花型二：图3.3 花型二波形图花
13、型三：图3.4 花型三测试波形图五、分析与总结本次课程设计我用了3天的时间就全部做完，在整个过程我都认真的完成了，而且从中收获很多。总结如下：（一）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，在整个设计过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。特别是芯片的功能及应用于实际的课程设计中，刚刚拿到课程设计题目时，还是茫然一片，我在最开始，就先将需要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。经过资料的查询之后稍有思路，就开始着手设计电路。（二
14、）学会了理论联系实际课程设计，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。（三）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
15、，用了电路板的很小部分。这次的实习中应用了整块板子，现在对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。实验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。一个完美的作品不仅要能很好的完成要求实现功能，还要在感官上给人美的享受。所以站在美的角度对自己的电路进行改良是很必要的。（四）和同学的互相协作共同进步在实验中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，
16、不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的想法，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。（五）其他设计是开端，连接是关键，测试是必须。所以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。六、参考文献【1】阎石主编.数字电子技术基本教程.清华大学出版社【4】周常森. 电子电路计算机仿真技术.山东科技出版社，2006.02【5】莫力. 电子设计自动化. 国防工业出版社. 2003 【6】李忠波. 电子设计与仿真.机械工业出版社，2004