数电课程设计四路彩灯

一﹑设计总体思路和设计原理

（1）设计总体思路

据任务书要求，彩灯显示要分为三个节拍在第一节拍时，从左边第一个彩灯到第四个彩灯依次亮起，即四路输出Q1至Q4依次为1。在第二个节拍里，彩灯从右至左依次熄灭，即四路输出Q4至Q1依次为0。第三个节拍时四彩灯同亮同暗两次，即彩灯同时输出“1”﹑“0”两次。根据其亮灭持续时间为1秒的要求，可以确定需要一个脉冲发生器，并要求其周期为1s，即频率为1Hz。

（2）设计原理

题目要求三个节拍，设计为一个分频器和一个计数器单元。则按照要求设计为计数器计三次数一循环。即计数器计三次数，每次为四秒，然后计数器清零循环。于是设计为一个分频器，使用74LS161对秒脉冲进行四分频，然后输入到计数器中。而计数器同样使用74LS161，其初始值为0。那么从分频器中来到第三个脉冲时对计数器清零。即计数器的循环计的数为0000B、0001B、0010B。使用到的器件为：两片74LS161和一个反相器。

其次，对于位移器按照题目要求：在第一节拍时，使第一路彩灯先点亮，接着第二，第三，第四路彩灯点亮。第二节拍时，使第四路彩灯先灭，然后使第三，第二，第一路彩灯灭。第三节拍时，闪亮两次。首先向右移，并且一直向右移1。然后是向左移，同理一直向左移1。最后要求值四次数，值数D0~D3分为1111、0000、1111、0000。值数的间隔为一秒。根据要求，采用74LS194作为位移器。第一节拍时，右移：S0和S1分别接入1和0。第二节拍时，左移：S0和S1分别接入0和1。第三节拍时，值数S0和S1分别接入1和1。而在计数器上对应输出的数分别为00、01、10。根据提供器件和要求，则用一些门电路组成一个计数器输出数的加1的加法器。使用到器件为：一片74LS194、一个与门、一个或门和一反向器。

最后是彩灯部分根据题目要求和位移器74LS194的输出特征，将用四个彩灯共阴极的连接方式。阳极分别连接74LS194的输出端Q0、Q1、Q2、Q3。使用到得器件为：四个二极管。

二、框图和总电路设计（1）框图

图1 系统设计框图

（2）总电路

图2 系统总电路

三、单元电路设计

（1）电路所用各芯片

a、计数器74LS161

此单元用于电路的计数，当脉冲变化时，实现相应的计数

74161功能表

74ls161引脚图与管脚功能表资料

74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：

<74ls161引脚图>

管脚图介绍：

时钟CP和四个数据输入端P0~P3

清零/MR

使能CEP，CET

置数PE

数据输出端Q0~Q3

以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)

<74LS161功能表>

从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=E T=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

b、置数单元74LS194

此单元用于彩灯的置数，当脉冲变化时，确保置数以实现彩灯的控制

74LS194功能表

c、相应门电路

此门电路用于实现相应的逻辑函数

（2）循环控制电路

（3）花样彩灯输出电路

四、安装﹑调试步骤

第一，对工具和元件等仔细的检查，看是否有损坏或缺失。了解试验箱的个功能模块。对于要使用的模块检查是否有损坏，要求熟悉掌握要使用的功能模块。检查各元器件引脚是否缺失或损坏，对所有的导线进行检测，剔除以坏了的导线。对所有领取的器件进行整理。

第二，检测完元器件后，对各小的模块的安装位置合理把握安排。合理安排各元器件安装的位置，导线安插的位置。然后开始安装芯片及连线，要按照先小模块、后大模块再整体的原则进行安装调试。首先可连接秒脉冲模块，安装完毕后利用发光二极管进行检查。然后安装分频模块，同样利用发光二极管进行检查。再对循环模块进行连接，也可以将Q3~Q0连接到二极管进行检查电路连接的正确性。最后连接好最为重要的循环位移模块。对于循环右移模块的连接可先只连接好位移的部分，检查一个周期内是否正常。再连接加1加法器部分和计数器的清零连接。

由于面包板和线路的老化，导致接触不良的问题，所以在连接的时候一定要做到接好一个模块检查好一个模块。切勿整体连接好后在来查看效果。最后连接好后，检查是否完成预期的要求。重新断电后，再打开，看是否仍正常。

第四，完成接线并实现所有的功能后，找老师检查验收。老师验收检查正常完成后，就可以拆除芯片与导线了。在拆除芯片时一定小心。切不可使用蛮力拔除，以防止弄断芯片的引脚。整理好所有器件后归还好器件。

五、故障分析和电路改进

由于面包板和线路的老化，导致接触不良的问题和接线失误等认为因素必然会导致一些故障。对于故障是不可避免的，所以就需要我们耐心的排除故障。对于我们的情况而言，在连接的时候一个一个模块的连接，接好一个模块检查好一个模块是十分重要的。也是减少故障的最有效的方法。在接线时切勿为了贪图快速就整体连接好后，再来查看效果检查故障。往往电路会出现许多不可预料的故障和接线的错误。而且在最后连接好后，要反复检查是否完成预期的要求。做一个长时间的运行，以查看是否有错误。

由于第一次搞这设计，也是第一次接触这试验箱。所以第一次接好线实验成功后没有轻放箱子。第二天的时候，由于线没有接紧，所以有的线已经掉了，实验总是出现问题。所以只有把线拔掉。重新接线。这次我们小心仔细的把每一根线都接好、接紧。经过细心的接线。终于又一次接好了。并且实验成功。所以我们要做到重新断电后，再打开，看是否仍正常。检查时一定要仔细认真、沉着冷静，不可贪快、急躁。