数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器完整版
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数字逻辑课程设计报告多路彩灯控制器
HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
数字逻辑课程设计报告
——多路彩灯控制器
学院名称 ： 电子工程学院
学生姓名 ： 崔欢（13）
专业名称 ： 集成电路设计与集成系统
班 级 ： 电路1102
实习时间 ： 2013年6月3日 —— 2013年6月14日
多路彩灯控制器的设计
一 、课程设计题目（与实习目的）
（一）、题目：多路彩灯控制器
（二）、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．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
5．锻炼动手能力，排错能力。
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。
（1）彩灯控制器设计要求
设计一个8路移存型彩灯控制器，基本要求：
1. 8路彩灯能演示三种花型（花型自拟）；
2. 彩灯用发光二极管LED模拟；
选做：实现快慢两种节拍的变换。
（2）课程设计的总体要求
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，不要相互交叉；
4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。
三 总体方案的设计
整体电路分为四个模块，第一个模块时钟信号的产生；第二个模块实现节拍控制；第三个模块实现花型的控制；第四个模块实现实现花型的演示。 这种方案将整个设计电路的功能模块化，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。这么设计的出发点是：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试都很方便，花型控制电路简单，花型也比较简单。
主体框图如下：
时钟信号CP电路：用555芯片产生CP脉冲。
节拍控制电路：节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可由74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。
花型控制电路：由161，4位二进制同步计数器完成；
花型演示电路：由194 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；
四 单元电路的设计
1.设计所使用的元件及工具：
74LS161（四位二进制同步计数器） ---------------------------- 2个；
74LS194（移位寄存器） ----------------------------------- 2个；
74LS151（八选一数据选择器） -------------------------------- 1个；
74LS74（双D 触发器） --------------------------------------- 1个；
74LS00（四二输入与非门） ---------------------------- ------2个；
74LS04（六非门） ------------------------------------------- 1个；
555 --------------------------------------------- ------1个；
发光二极管 ------------------------------------------------ 8个；
电容： μf ----------------------------------------------1个；
0．01μf -----------------------------------------------1个；
电阻： 150kΩ ------------------------------------------------------------ ---------1个；
100Ω ---------------------------------------------- 4个；
Ω ------------------------------------------------1个；
实验板一块；万用表一个; 钳子一个；导线若干。
2.各个单元电路
（1）时钟信号电路
由一片555加上适当电容及电阻实现。
电容取：μf 10nf
电阻取：150 kΩ kΩ
电路图如下：
（2）节拍控制电路
由一片151和一片74级联实现。整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。
555+5v4876234.7k150k
令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。令151的B,C,G’,GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QG输出。
所以Y端的输出就为：Y=CP·^A+Q·A
(Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。
所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。A端接的是161的高位片的QF即当到达第32拍时QF为1接下来的33~64拍为变慢后的脉冲输出。
电路图如下:
（3）花型控制信号电路
由二片161级联的模64（三种花型每种显示一遍，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^QG清零。
当三种花型全新显示一遍后（总共32拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的信号QF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：
（4）花型演示电路
由二片移位寄存器194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。而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。
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
节拍序号 花型1 花型2 花型3
1 00000000 00000000 00000000
2 00011000
3 00111100
4 01111110
5
6 01110111
7 00110011
8 00010001
9
10 01111111
11 00111111
12 00011111
13 00001111
14 00000111
15 00000011
16 00000001
这3种花型在每种频率下各显示一遍，三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为32，即1~8显示第一个花型，9~16显示第二个花型，17~31显示第三个花型。
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,将两片194分为低位片和高位片，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194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用^Li表示Li的取非)
花型 低位片 节拍控制信号
SL SR S1 S0 SL SR S1 S0
QDQE
1 X
^L8 0 1 X ^L8 0 1 00
2 ^L8 X 1 0 X ^L8 0 1
10
3 X ^L8 0 1 X L4 0 1 01
X ^L8 0 1 x L4 0 1
11
列出卡诺图分析
194低位片
QD
QE 0 1 QD
QE 0 1
0 X ^L8 0 0 1
1 X X 1 0 0
SL=^L8 S1=D^E
QD
QE 0 1 QD
QE 0 1
0 ^L8 X 0 1 0
1 ^L8 ^L8 1 1 1
SR=^L8 S0=^
(D^E)
194高位片
QD
QE 0 1 QD
QE 0 1
0 X X 0 0 0
1 X X 1 0 0
SL=X S1=0
QD
QE 0 1 QD
QE 0 1
0 ^L8 ^L8 0 1 1
1 L4 L4 1 1 1
SR=^L8^E+ L4 E
S0=1
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161的输出端QD、QE和本身输出端L4和^L8控制。用去QA—QH表示161从低位到高位的个输出端。
控制结果表达式如下：
194低位片 194高位片
S1= D^E S1=0
S0=^S1 S0=1
SL=^L8 SL=X
SR=^L8 SR=^L8^E+ L4 E
电路图如下：
五 总体电路图
六 电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。
刚开始数电实习的时候，我想到了,先设计电路,再搭电路,以便后来的排错,从而完成实习要求。
在设计电路时，我先确定了总体框图，555的CP脉冲电路，74,151的分频电路相对容易，很快就设计好了，难就难在161和194的关系处理上，怎么用161控制194的花型转换，怎么用194连续显示3种花型呢？接着我想到161的功能就是计数，它可以通过计数来控制花型的转换，而194是移位寄存器，通过控制它的SL,SR,S0，S1，就可以进行花型的显示，而卡诺图化简就可以找出161和194的关系，理清思路后，我很快就完成了设计。
周三我就开始用面包板搭电路了，再搭电路前，我用万用表测了面包板的正负极是否连通，在确保它是连通的后才正式搭电路，由于设计和仿真都是自己一步步扎扎实实地走的，周五就进行了测验，加上电后，我分模块对电路进行了测试。
1.测试脉冲产生模块。
在555定时器的3脚插上了一个LED灯后，发现灯不亮，我就怀疑是不是点没加进去，检查后发现，我把电源负极和地分开了，没有把它们接在一起，这就相当于电路没连通，在用导线把它们连接好后再加电，LED灯正常闪亮，我又在151的Y输出端接上了一个LED灯，正常闪亮，说明脉冲产生电路是正常的。
