数字逻辑课程设计报告
——多路彩灯控制器
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实习时间：****
摘要：本次课程设计是基于数字逻辑电路知识的硬件电路设计，用逻辑器件实现对LED灯的控制，来显示不同的花型。首先用555来产生1s的时钟脉冲，并用74芯片二分频来产生一个2s的慢时钟；其次用161实现花型的计数节拍的产生，来确定到底显示几个花型，在这次设计中我做了三个花型的显示，分别是16个节拍、8节拍、8节拍，所以我设计了模32的计数器；再次，用移位寄存器194来实现花型的变化，在设计中我用了两片194来实现对左右各四个LED的控制，通过左片194和右片194的组合，得以显示出完整的花型；最后我用8选1数选器151实现了对1s和2s的两个时钟的选择，来实现花型的快慢节拍的显示。最终实现一个有三种花型显示，并有快慢两种显示速率的流水灯。
关键词：模32、计数节拍、花型显示、移位寄存器、数选器、分频
多路彩灯设计报告
1.设计目的
（1）将数字电路课程所学的理论知识转化为实践结果；
（2）熟悉各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）培养认真严谨的学习作风和实事求是的学习态度；
2.设计要求
2.1彩灯控制器设计要求
设计一个8路移存型彩灯控制器，彩灯用发光二极管LED模拟，具体要求如下：
（1）能演示三种或三种以上花型，花型自拟。
（2）选做：彩灯明暗变换节拍为1.0s和2.0s，两种节拍交替运行。
2.2课程设计的总体要求
（1）电路设计尽可能简化，做到模块。组装电路时，先单独组装振荡电路，测试无误后，再组装其他模块。
（2）所有发光二极管都要接限流电阻。阻值在100－500Ω之间。
（3）所有器件的多余输入端不允许悬空，请按实际情况做合适的处理。
（4）电路中的高电平正常情况下>3V，低电平正常情况下<0.4V。介于二者之间的电平为非正常电平，会造成逻辑错误。
3.设计方案
通过对题目的分析，我将问题看作一个控制系统，该系统可分为：时钟产生模块、时钟的切换模块、计数节拍模块、花型显示模块。
3.1 时钟产生模块
我利用555定时器产生一个稳定的周期为1s的时钟脉冲，电路图如下图1所示：
R
4
DC
7
Q 3G N D 1
V C C
8
TR 2
TH
6
CV
5
U1555
+5V
R1
5.1k R2
150k
C1
4.7uF
C2
0.01uF
图1
根据上图可以看出，由555定时器构成的RC 环形多谐振荡器，根据其阻容值的配置，可得出去时钟频率为1Hz ，周期为1s 的连续脉冲信号CP1。 3.2时钟选择模块
用D 触发器对555产生的时钟信号进行二分频，将时钟信号转换为频率为0.5Hz ，周期为2s 的连续脉冲信号CP2，如下图2所示:
D 2Q
5
CLK
3
Q
6
S
4
R
1
U3:A
74HC74
图2
当LED 工作时，我们要求它要分别在1s 时钟和2s 时钟下亮出花型，这里就要用到时钟信号的切换，对于时钟切换，这里用D 触发器和151数选器级联实现。
让D 触发器的Vcc 、CLR 、PR 都接高电平，将Q 的输出端接到D 端的输
出端接到151的7D 端。令151的B 、C 、G 接高电平，6D 接时钟信号的CP1脉冲，A 端接由花型控制电路的D1输出。所以A CP A CP Y ?+?=21。
D 触发器具有记忆的功能，记录上一个状态，所以在每一个CP 脉冲
上升沿，Q 输出作为上一次的记录，即为一个脉冲。也就比时钟信号电路的CP 慢了一拍。所以通过A 为0或1选择Y 端输出的脉冲的频率。A 为节拍切换信号1Q 2RCO A A ?=，即当达到第32拍时，节拍由慢一拍，到第64拍恢复，如此循环。节拍控制电路如下图三所示：
X04X13X22X31X415X514X613X712A 11B 10C 9E 7
Y 5Y
6
U20
74HC151
D 2Q 5
CLK
3
Q
6
S
4
R
1
U16:A
74HC74
D 2Q
5
CLK
3
Q
6
S
4
R
1
U15:A
74HC74
+5V
11
10
U5:E
74HC04
图三
3.3计数节拍模块
用两片161，级联成为一个模为32的计数器，当1Q 2RCO LOAD A ?=时重新计数。
花型控制电路如下图4所示：
D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO
15
ENP 7ENT 10CLK 2LOAD 9MR 1
U2
74HC161
D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO
15
ENP 7ENT 10CLK 2LOAD 9MR 1
U3
74HC161
+5V
1
2
3
U4:A
74HC00
图四
3.4花型显示模块
由二片194级联实现，八个输出信号端（低位片D A Q Q ~和高位片D A Q Q ~）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来实现花型演示。
三种花型变换样式：
花型1：从左至右依次点亮，全亮后，再从左至右依次熄灭；
花型2：从两边到中间对称地逐个渐亮，全亮后由两边到中间顺次渐灭； 花型3：从两边到中间对称地逐个渐亮，全亮后由中间到两边顺次渐灭； 花型5：八路灯分成两半，分别从右至左渐亮；全亮后，再分别从右至左熄灭；
三个花型的计数节拍表如下：
花型1
花型2
花型3
01322314)()(Q Q F Q F Q F Q ）（
01322314)()(Q Q F Q F Q F Q ）（
01322314)()(Q Q F Q F Q F Q ）（
00000 10000 11000 00001 10001 11001 00010 10010 11010 00011 10011 11011 00100 10100 11100 00101 10101 11101 00110 10110 11110 00111 10111 11111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111
表一
三种花型下两片移位寄存器的输入信号:
花型 种类 切换信号
左边移位寄存器输入
右边移位寄存器输入
1F 2F 3F
CR 1M 0M SL D SR D
CR 1M 0M SL D SR D
花型一
0 0 0 1 0 1 ? 1 1 0 1 ? 0 0 0 1 1 0 1 ? 1 1 0 1 ? 1 0 1 0 1 0 1 ? 0 1 0 1 ? 1 0 1 1
1 0 1 ? 0 1 0 1 ? 0 花型二 1 0 0 1 0 1 ? 1 1 1 0 1 ? 1 0 1
1 0 1 ? 0 1 1 0 0 ? 花型三 1 1 0 1 0 1 ? 1 1 1 0 1 ? 1 1 1
1 1 0 0 ?
1 0 1 ? 0
表二
通过上表，利用卡诺图化简，我们可以得到左边寄存器的：
1=CR ; 3211F F F M =; 3210F F F M =; 0=SL D ; 3121F F F F D SR ?=;
右边寄存器状态方程为：
1=CR ；3211F F F M =; 3210F F F M =; 3F D SL =; 32F F D SR ⊕=；
花型显示电路如下：
D03D14D25D36SR 2SL 7CLK 11S09S110MR 1
Q015Q114Q213Q3
12
U6
74HC194
D03D14D25D36SR 2SL 7CLK 11S09S110MR 1
Q015Q114Q213Q3
12
U7
74HC194
+5V
D9
LED-BIBY
D10
LED-BIBY
D11
LED-BIBY
D12
LED-BIBY
D13
LED-BIBY
D14
LED-BIBY
D15
LED-BIBY
D16
LED-BIBY
R3
100
3
4
U5:B
74HC04
13
12
U5:D
74HC04
图五
3.5总体电路图
R
4
DC
7
Q 3G N D
1
V C C
8
TR 2
TH 6
CV
5
U1555
+5V
R1
5.1k R2
150k
C1
4.7uF
C2
0.01uF
D03
Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO
15
ENP 7ENT 10CLK 2LOAD 9MR 1
U2
74HC161
D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO
15
ENP 7ENT 10CLK 2LOAD 9MR 1
U3
74HC161
+5V
1
2
3
U4:A
74HC00
D03D14D25D36SR 2SL 7CLK 11S09S110MR 1
Q015Q114Q213Q3
12
U6
74HC194
D03D14D25D36SR 2SL 7CLK 11S09S110MR 1
Q015Q114Q213Q3
12
U7
74HC194
+5V
10
9
8
U4:C
74HC00
9
8
U5:F
74HC04
D9
LED-BIBY
D10
LED-BIBY
D11
LED-BIBY
D12
LED-BIBY
D13
LED-BIBY
D14
LED-BIBY
D15
LED-BIBY
D16
LED-BIBY
R3
100
1245
6
U13:A
74HC20
3
4
U5:B
74HC04
3
4
U14:B
74HC04
4
5
6
U12:B
74HC00
10
9
8
U12:C
74HC00
13
12
11
U12:D
74HC00
4
5
6
U16:B
74HC00
11
10
U14:E
74HC04
5
6
U5:C
74HC04
1
2
3
U17:A
74HC86
13
12
U5:D
74HC04
X04X13X22X31X415X514X613X712A 11B 10C 9E 7
Y 5Y
6
U20
74HC151
D 2Q
5
CLK
3
Q 6S
4
R
1
U16:A
74HC74D 2Q
5
CLK
3
Q 6
S
4
R
1
U15:A
74HC74
+5V
11
10
U5:E
74HC04
图六
3.6设计过程中所需的元器件
器件型号 数量 器件型号 数量 74HC00 2 4.7μF 1 74HC04 2 0．01μF 1 74HC20 1 150k Ω 1 74HC74 1 4.7k Ω 1 74HC151 1 100Ω 2 74HC161 2 面包板 1 74HC194 2 剥线钳 1 555 1 万用表 1 74HC86
1
导线
若干
表三
4.电路设计程中遇到的问题及解决的方法
1.首先我对指导老师配发的器件进行了核对与检查，用万用表对面包板的是
否正常导通做了检查，发现面包板接触不是很好。于是果断找老师还了一块新板子，工欲善其事，必先利其器，只有准备工作做好，设计会事半功倍。 2.在连接电路时，发现161没有正常计数，因为我是用两块161级联做的一个模32的计数器，并在输出端连接上了LED 灯做检测。当通电后，我发现，当地位片计数满之后，没有向高位送进位信号。对于这个问题首先我分析是不是两块级联的161之间的逻辑关系有问题，经排查逻辑无误，后分析到是否高位片正常工作，排查发现高位片的VCC 为 未接未接高电压，连接上高电压后，计数器正常工作。
3.当电路连接完整后，通电观察时，发现花型没能正常演示，我在对所出现的花型做了详细观察，发现花型的左半部分显示正常，而有半部分第二个花型错乱，这说明控制左半部分的194芯片连接正确，右半部的194逻辑有错误，根据这一思路，我检查发现右边194的1M 与0M 连反，改正后花型无误。
4.在连接分频电路时，出现了分频 不稳定，分析出151的A 、B 、C 三个端口高低位弄错，应该是C 为最高为，B 为此高位，A 为最低位。重新连接后，分频 正常。
5.设计总结
在这次课程设计中，我收获颇丰，在为期两周的课程设计中，我学习到了 课堂上学不到的知识，将课堂上的理论知识在实践设计中得到应用，既巩固了理论知识，有锻炼了动手实践能力，为我以后的工作学习打下了良好的基础，同时也培养了我严谨认真的科学素养，为以后我做一名合格的科学工作者指明方向。但是在这次设计中我也发现了很多问题。例如在设计中看似正确的电路，在实际连接中会出现这样那样的问题，这也反映出理论与实践之间存在着很大的差异，而解决的方法就是多次的实践，在不断的实践中总结归纳，从而提高自己的实践能力。同时这次课程设计也让我明白了，任何理论都是为实践服务的，没有实践，一切理论都是空谈。
总之这次课程设计自己还算做的比较圆满，这得益于老师的指导和同学们的帮助，再次我衷心感谢在课程设计中帮助我的老师和同学们，这是一次愉快的实
践课程。
6.参考文献
王毓银主编.数字电路逻辑设计.高等教育出版社
西安邮电大学数字逻辑课程设计过程考核及成绩鉴定表学生姓名李文杰班级/学号光信1103班29号05113101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2013年 6 月3日—2013年6月16日
课程设计过程
要求优良中及格不及格
电路
功能
花型种类
移动方向
移动速度
其它
电路
质量
电路运行稳定
元件布局合理
连线简洁
回答
问题
分析问题、解决问题能力
电路原理清楚，能抓住重点
设计报告设计思路清晰、图表齐全、各部分电路说明正确。
学习
态度
□认真□一般□差
学习
纪律
□好□一般□差
实习
综合
成绩
□优秀□良好□中等□及格□不及格
指导教师签名
年月日