四路彩灯系统报告书

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一.设计整体思路

根据课程设计课题要求,要实现本系统,需要设计时钟脉冲产生电路,循环控制电路和彩灯花样输出电路。时钟脉冲产生电路由74LS161分频实现,循环控制电路由74LS161和7420实现,彩灯花样输出电路由74LS194和相关逻辑电路实现。前两个节拍由74LS194芯片左移右移功能易于实现,第三个节拍整体送数,利用异步清零将清零端置0达0.5秒即可。

二.基本原理及整体框图

1、基本原理

由设计要求出发可知彩灯的三个节拍可以用移位寄存器74LS194实现,通过控制S0和S1实现右移、左移和送数,通过控制CLR'控制清零。第一节拍为1右移,第二节拍为0左移,第三节拍全亮为置数1,全灭为清零。由于程序循环一次要12秒,故需要一个12进制的计数器控制循环。第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次,故可在前0.5秒内送数1将彩灯全部点亮,接下来的0.5秒使得74LS19清零端为零,从而将彩灯熄灭。然后重复此亮灭状态三次。因此第三个节拍只要在清零端送与CL K端相同的脉冲,但考虑到竞争冒险对电路的影响,需延迟时钟脉冲。

2、框图

三.单元电路设计及单元电路

1、分频器的实现

在数字电子技术中,对脉冲实现分频的方法一般有两种:其一是用n进制计数器。其二是用D触发器电路。这两种方法各有优势,但在此处我只分析用74LS161计数器实现分频的电路。电路分析图:

及其波形图

如下

2、循环控制电路

如果模N计数器的计数序列从最小1到最大数N,那么N+1是多余的,可用与非门检测N,当N出现时,与非门输出为低,用它控制清零端CR,将计数器清零。此处工作状态从0001~1100,检测到1101时异步清零。

12进

3、彩灯花样输出电路

3.1、运用到74LS194功能表

3.2、循环器C、D信号控制74LS104的S0和S1端真值表

由上表由:

S0=QC'

S1=QD+QC

3.3、第三节拍产生方案

第三节拍到来时,前0.5s送1,后0.5s清零。可以将同一脉冲送至74l s194芯片的C LK端和CR端。两端口波形示意图如图1。CLK端上升沿到来时,使得74ls194送1,彩灯全亮。当清零端脉冲为0时,彩灯全灭。为了防止竞争冒险的出现,即上升沿到达时,清零端也由0至1突变,导致即使送1之后也立刻被清零。因此可在脉冲端加一个值较小的电容,得到的波形如图2。这样便可实现第三节拍彩灯的规律变化。

图1

图2

彩灯输出电路

下:

四.总电路设计

四路彩灯输出系统总设计电路

五.实验、调试及测试结果分析

1.结果的调试及分析

1.1.1调试使用的主要仪器

主要用到的仪器有:数字万用表、直流稳压电源、示波器、函数信号发生器

1.1.2测试电路的方法和技巧

先检查各芯片的电源和地是否接上,检查线路是否连好;前面的检查无问题后,再根据彩灯的变化情况,确定可能的原因,分析是哪个功能模块出了问题,用数字万用表检查各模块的功能,发现并改正错误,直到符合要求为止。

2、调试中出现的故障、原因及排除方法

2.1.1彩灯只有一种花样变化,没有其它的花样

可能是移位计数器的S0,S1端控制出现问题,应该检查循环控制逻辑电路。还可能是12进制循环控制计数器没正常工作,检查是否正确接线,芯片是否功能完好。特别注意不能把非门的输入与输出接反了。

2.1.2彩灯无规律变化

原因可能是12进制循环控制电路不能产生符合要求的控制码,检查模十六计数器的C P脉冲是否稳定,看74L S161是否能计数,即Q A、Q B、Q C、Q D是否周期性的高低电平变化,前面没问题,再检查与非门74LS20和非门74L S04是否能实现它们逻辑功能。

2.1.3彩灯在两次循环中间有段时间彩灯不亮

原因可能是控制循环的12进制计数器没有真确接线,实际控制循环的进制大于12进制,导致有放空时间。应该检查74LS20是否正常工作,确保能实现12进制计数。

六.总结与设计调试体会

两周的数字电子课程设计,两个字的感觉:充实!整个过程都一步一个脚印,这种感觉在大学里很难找到,而这次课程设计让我有此体会!

一开始,老师把课题布置下来,接下来的时间基本上都是自己安排。大体可以分为两个阶段:设计仿真电路图,调试实际电路。

对于这个课题,网上的资料也很多。我更多的是借鉴,然后自己对电路进行改进。其中让我感到最困难的是:第三个节拍彩灯变化的实现,看起来很简单,但每次实现起来着实难以下手,这也耗费了我很多时间。不过让我解决此问题的是一种突然的灵感,百思不得其

解而后豁然开朗的感觉真是让人感到很高兴。看到自己设计的电路仿真成功,那一刻也许就是成功的感觉。

调试的过程需要的是耐心和细心。开始连接电路时,我就对每一个芯片都进行了检查,这有两个好处:其二是熟悉芯片的原理,这有利于对整体电路的检查;其二当然是测试芯片的好坏。当我将整个电路图连接好后,想是见证奇迹的时刻了。然而我一打开电源,什么反应都没有,我才知道接下来的工作才是真正具有挑战性。面对突如其来的一切,我选择了淡定,这年代很流行的一个词,居然被我用上了。然后就是各个部分的检查:芯片是否有电源,导线是否连接好,电路图是否正确。经过种种情况的分析,最后成功的看到了彩灯有规律性的变化。

整个课程设计很磨砺人,让我学到的是真正的知识,如何将理论付诸于实际。我总感觉之前的学习都很肤浅,没有目标性。大学里能够真正学点东西的还属在课程设计当中。因此我很欣慰,自己踏踏实实的过了两周。这对我以后的学习也起到了引导作用。因为理论学习其实还是比较容易的,更难得是实际中的应用。现在想来,也许学校安排的课程设计有着更深的意义吧,它不仅让我们发挥自己的创新性和实践性,也让我们体验到团队合作的力量。

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