數(shù)字邏輯課程設(shè)計報告多路彩燈控制器學(xué)院名稱：電子工程學(xué)院學(xué)生姓名： 崔歡（13）專業(yè)名稱： 集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)班 級： 電路1102實習(xí)時間：2013年6月3日 2013年6月14日多路彩燈控制器的設(shè)計一 、課程設(shè)計題目（與實習(xí)目的）（一）、題目：多路彩燈控制器（二）、實習(xí)目的：1進一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識。2熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用，并掌握其工作原理，進一步學(xué)會使用其進行電路設(shè)計。3了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和方法，學(xué)會科學(xué)分析和解決問題。 4培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實事求是的工作態(tài)度。5鍛煉動手能力，排錯能力。二、 任務(wù)和要求實現(xiàn)彩燈控制的方法很多，如EPROM編程、RAM編程、單板機、單片機等，都可以組成大型彩燈控制系統(tǒng)。因為本次實習(xí)要求設(shè)計的彩燈路數(shù)較少，且花型變換較為簡單，故采用移位寄存器型彩燈控制電路。（1）彩燈控制器設(shè)計要求設(shè)計一個8路移存型彩燈控制器，基本要求：1. 8路彩燈能演示三種花型（花型自擬）；2. 彩燈用發(fā)光二極管LED模擬；選做：實現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的變換。（2）課程設(shè)計的總體要求1設(shè)計電路實現(xiàn)題目要求；2電路在功能相當(dāng)?shù)那闆r下設(shè)計越簡單越好；3. 注意布線，要直角連接，選最短路徑，不要相互交叉；4. 注意用電安全，所加電壓不能太高，以免燒壞芯片和面包板。三 總體方案的設(shè)計整體電路分為四個模塊，第一個模塊時鐘信號的產(chǎn)生；第二個模塊實現(xiàn)節(jié)拍控制；第三個模塊實現(xiàn)花型的控制；第四個模塊實現(xiàn)實現(xiàn)花型的演示。 這種方案將整個設(shè)計電路的功能模塊化，設(shè)計思想比較簡單。元件種類使用少，且都較熟悉易于組裝電路。這么設(shè)計的出發(fā)點是：電路設(shè)計模塊化，易于檢查電路，對后面的電路組裝及電路調(diào)試都很方便，花型控制電路簡單，花型也比較簡單。主體框圖如下：時鐘信號CP電路：用555芯片產(chǎn)生CP脈沖。節(jié)拍控制電路：節(jié)拍變化由151八選一數(shù)據(jù)選擇器完成，節(jié)拍的快慢變化可由74雙上升沿D觸發(fā)器完成，它可實現(xiàn)二分頻?；ㄐ涂刂齐娐罚河?61，4位二進制同步計數(shù)器完成；花型演示電路：由194 雙向移位寄存器完成（可左移右移完成花型變化）；四 單元電路的設(shè)計1.設(shè)計所使用的元件及工具：74LS161（四位二進制同步計數(shù)器） - 2個；74LS194（移位寄存器） - 2個；74LS151（八選一數(shù)據(jù)選擇器） - 1個；74LS74（雙D 觸發(fā)器） - 1個；74LS00（四二輸入與非門） - -2個；74LS04（六非門） - 1個；555 - -1個；發(fā)光二極管 - 8個；電容： 4.7f -1個；001f -1個；電阻： 150k - -1個；100 - 4個；4.7k -1個；實驗板一塊；萬用表一個; 鉗子一個；導(dǎo)線若干。2.各個單元電路（1）時鐘信號電路 由一片555加上適當(dāng)電容及電阻實現(xiàn)。電容取：4.7f 10nf電阻?。?50 k 4.7 k電路圖如下： （2）節(jié)拍控制電路 由一片151和一片74級聯(lián)實現(xiàn)。整體上實現(xiàn)脈沖頻率的變換，即交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍。 令74的Vcc，CLR，PR都接高電平，將Q的輸出接到D端，Q端的輸出接到151的D1端。令151的B,C,G,GND接低電平，Vcc接高電平，D0接時鐘信號的CP脈沖，A端接由花型控制電路的QG輸出。 所以Y端的輸出就為：Y=CPA+QA (Q是74D觸發(fā)器的輸出端)由D觸發(fā)器具有記憶功能，記錄上一個狀態(tài)，所以在每一個CP脈沖的上升沿，Q輸出為上一次的記錄（即一個脈沖）。也就比時鐘信號電路的CP脈沖慢了一拍。 所以通過A為0或1選擇Y端輸出的脈沖的頻率。A端接的是161的高位片的QF即當(dāng)?shù)竭_(dá)第32拍時QF為1接下來的3364拍為變慢后的脈沖輸出。電路圖如下:（3）花型控制信號電路由二片161級聯(lián)的模64（三種花型每種顯示一遍，再總體重復(fù)一遍的總節(jié)拍數(shù)）計數(shù)器。161的級聯(lián)用的是同步，并用QG清零。當(dāng)三種花型全新顯示一遍后（總共32拍）161的輸出變?yōu)?0000100所以將161高位片的信號QF輸給節(jié)拍控制電路的151的A來通過節(jié)拍控制電路改變第二遍花型顯示的頻率。161的CP脈沖來自節(jié)拍控制電路中151的輸出端Y。電路圖如下：（4）花型演示電路 由二片移位寄存器194實現(xiàn)。其八個輸出信號端連接八個發(fā)光二極管，用其輸出信號控制發(fā)光二級管的亮滅實現(xiàn)花型演示。而花型之間的變化通過花型控制電路的輸出即161級聯(lián)的計數(shù)器輸出控制（它們由同一個CP脈沖控制）。三種花型變換樣式花型1：8路燈分兩半。從左至右漸亮，全亮后，再分兩半從左至右漸滅。循環(huán)兩次；花型2：從中間到兩邊對稱地逐次漸亮，全亮后仍由中間到兩邊逐次漸滅。循環(huán)兩次；花型3：從左至右順次漸亮。全亮后逆序漸滅。循環(huán)兩次。移存器輸出狀態(tài)編碼表節(jié)拍序號花型1花型2花型3100000000000000000000000021000100000011000100000003110011000011110011000000411101110011111101110000051111111111111111111100006011101111110011111111000700110011110000111111110080001000110000001111111109111111111001111111110011111112000111111300001111140000011115000000111600000001這3種花型在每種頻率下各顯示一遍，三種花型完全顯示一遍需要的總結(jié)拍數(shù)為32，即18顯示第一個花型，916顯示第二個花型，1731顯示第三個花型。要用194實現(xiàn)三個花型的連續(xù)顯示必須對兩片194的S1、S0和SL、SR一句節(jié)拍的變化進行相應(yīng)的改變,將兩片194分為低位片和高位片，再將其輸出端從低位到高位記為L1L8。列出各花型和其對應(yīng)的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號及節(jié)拍控制信號列表如下：(用Li表示Li的取非)花型低位片節(jié)拍控制信號SLSRS1S0SLSRS1S0QDQE1XL801XL801002L8X10XL801103XL801XL40101XL801xL40111列出卡諾圖分析194低位片 QD QE 0 1 QD QE 0 1 0 XL8 0 0 1 1 X X 1 0 0SL=L8 S1=DE QD QE 0 1 QDQE 0 1 0 L8 X 0 1 0 1 L8 L8 1 1 1SR=L8S0= (DE)194高位片 QD QE 0 1 QDQE 0 1 0 X X 0 0 0 1 X X 1 00SL=XS1=0 QDQE 0 1 QDQE 0 1 0 L8 L8 0 1 1 1 L4 L4 1 1 1SR=L8E+ L4 ES0=1由上圖分析可以得到控制194高、低位片的左移右移變化控制端S1、S0以及串行輸入端的由161的輸出端QD、QE和本身輸出端L4和L8控制。用去QAQH表示161從低位到高位的個輸出端。控制結(jié)果表達(dá)式如下：194低位片194高位片S1= DES1=0S0=S1S0=1SL=L8SL=XSR=L8SR=L8E+ L4 E電路圖如下：五 總體電路圖六 電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決的方法。剛開始數(shù)電實習(xí)的時候，我想到了,先設(shè)計電路,再搭電路,以便后來的排錯,從而完成實習(xí)要求。在設(shè)計電路時，我先確定了總體框圖，555的CP脈沖電路，74,151的分頻電路相對容易，很快就設(shè)計好了，難就難在161和194的關(guān)系處理上，怎么用161控制194的花型轉(zhuǎn)換，怎么用194連續(xù)顯示3種花型呢？接著我想到161的功能就是計數(shù)，它可以通過計數(shù)來控制花型的轉(zhuǎn)換，而194是移位寄存器，通過控制它的SL,SR,S0，S1，就可以進行花型的顯示，而卡諾圖化簡就可以找出161和194的關(guān)系，理清思路后，我很快就完成了設(shè)計。周三我就開始用面包板搭電路了，再搭電路前，我用萬用表測了面包板的正負(fù)極是否連通，在確保它是連通的后才正式搭電路，由于設(shè)計和仿真都是自己一步步扎扎實實地走的，周五就進行了測驗，加上電后，我分模塊對電路進行了測試。1.測試脈沖產(chǎn)生模塊。在555定時器的3腳插上了一個LED燈后，發(fā)現(xiàn)燈不亮，我就懷疑是不是點沒加進去，檢查后發(fā)現(xiàn)，我把電源負(fù)極和地分開了，沒有把它們接在一起，這就相當(dāng)于電路沒連通，在用導(dǎo)線把它們連接好后再加電，LED燈正常閃亮，我又在151的Y輸出端接上了一個LED燈，正常閃亮，說明脈沖產(chǎn)生電路是正常的。2.測試節(jié)拍控制模塊。我先把A接0，發(fā)現(xiàn)Y輸出接的LED燈和CP輸出端接的燈閃亮是同步的，即還沒有分頻，再把A接高電平，這時現(xiàn)Y輸出接的LED燈和CP輸出端接的燈閃亮便不是同步的了，即實現(xiàn)了分頻，分頻電路正確。3.測試花型控制電路和花型演示電路。我在兩片161的輸出端都接上了LED燈，觀察它計數(shù)是否正確，再在兩片194的輸出端接上LED燈，觀察其分頻前的花型和分頻后的花型是否正確。在加電后，觀察到161可以正常計數(shù)，且194的花型顯示也是正確的，但就是在161計數(shù)到32后沒有進行分頻，在分頻模塊功能正常的前提下，出現(xiàn)這種情況的原因只有一種，那就是A的高電平?jīng)]有返回給151，所以對于151來說在A是0時，輸出的就是CP，所以沒有分頻，我用萬用表測了151的A引腳和161的F輸出，發(fā)現(xiàn)是正常連通的，但是加電后還是不能分頻，既然不是接觸不良，那問題會出在哪呢？這引起了我的思考，會不會是F腳的輸出邏輯電平達(dá)不到1，因為我在F腳接了一個LED燈，會產(chǎn)生壓降，雖然燈可以亮，但它的邏輯值卻是0，那么把F腳的這個燈拔掉這一問題會不會就解決掉了呢？在拔掉燈后，我驚喜地發(fā)現(xiàn)在161計數(shù)到32后，可以實現(xiàn)分頻了！至此，測試完滿結(jié)束。七 附加功能的實現(xiàn) 當(dāng)我完成基本的實驗電路后實習(xí)的老師建議我去嘗試一下，用數(shù)碼管實現(xiàn)花型的現(xiàn)實，即當(dāng)時第一個花型時，數(shù)碼管顯示1，以此類推。我用了幾個小時的時間想出來了解決方案，用一片48芯片和一個數(shù)碼管實現(xiàn)，將48芯片的D，C管腳分別接地，A接F1非或F2，即F1與F2非得與非，前面的電路已經(jīng)實現(xiàn)，只須連接，B接F1，其他的輸入管腳按照芯片的工作要求進行連接。在連接電路時必須注意管腳的位置，開始接錯了，數(shù)碼管顯示的是2,4,6。最后檢查是管腳位置接錯了，檢查完后，按照對的管腳圖連接電路，數(shù)碼管顯示出了1,2,3.所以必須足夠的耐心，細(xì)心。八 分析和總結(jié)。本次課程設(shè)計我用了一個星期的時間就全部做完，兩天天設(shè)計，兩天測試，因為在設(shè)計之前根據(jù)設(shè)計的要求，每個模塊都仔細(xì)的設(shè)計分析了，扎扎實實一步步實現(xiàn)，才有這么高的效率。而且從本次課程設(shè)計中收獲很多?？梢钥偨Y(jié)為以下的幾點：（一）學(xué)會了靈活運用數(shù)電知識這次課程設(shè)計主要是運用數(shù)字電路邏輯設(shè)計的一些相關(guān)知識，在整個實習(xí)過程中，都離不開對數(shù)字電路課程知識的再學(xué)習(xí)。151,194,161,555各個芯片的功能，真值表都熟悉了一遍。鞏固了數(shù)電知識。在剛開始設(shè)計花型時，由于我對194芯片的SR，SL控制不是很清楚，所以就在這塊打住了，后來認(rèn)真查書，找到控制它們的規(guī)律后，完成了194顯示花型的設(shè)計，也完成了161對194的控制。（二）鍛煉了分析問題的能力和排錯能力在拿到這個題目時，我首先進行了分析，它要實現(xiàn)什么功能，分哪幾個模塊，各個模塊又由哪些芯片構(gòu)成，這些芯片該怎么用，各個模塊之間又有什么聯(lián)系。在分析好這些后，再進一步地完善設(shè)計內(nèi)容，從整體到部分，分而治之是核心。設(shè)計好方案后，進行電路的搭建。在測試電路時，不可避免地出現(xiàn)了各種錯誤，但是把問題具體化，大化小，最后還是可以找出問題，并解決問題的。只要有足夠的耐心和細(xì)心，思路清晰，就會很輕松地解決問題。通過這次實習(xí)，我的邏輯思維能力得到了很好的鍛煉，分析問題和解決問題的能力也得到了提升，排錯能力也比以前好了。 （三）提高了動手能力學(xué)數(shù)電的時候，我不會想著怎么布線，怎么放置芯片，使整體布局更合理，更美觀，但實際搭電路的時候就得考慮這些問題，由于資源有限，怎么接可以更節(jié)約導(dǎo)線，用更少的芯片，這都得仔細(xì)設(shè)計，設(shè)計得好的話，有利于以后檢查電路，也方便別人看。如果沒有這次實習(xí)，我可能還會犯一些很簡單的錯誤，如不知道把負(fù)極和地接在一起，但是，時間出真知，通過自己動手實踐，我牢牢地記住了這個知識點，也豐富了自己在搭電路方面的經(jīng)驗?？偨Y(jié)本次試驗中包括CP的產(chǎn)生電路用的555芯片，基本電路我用了8個芯片（一片555、兩片161、兩片194、兩片00、一片04），分頻電路用74和151實現(xiàn)，一共用了10個芯片。是目前我想出的用最少的器件，最簡單的布線來實現(xiàn)所要求的功能。從電路圖的設(shè)計、實現(xiàn)、實驗報告，都是自己思考和動手。學(xué)會了用所學(xué)習(xí)過的芯片設(shè)計電路，并用面包板來實現(xiàn)，實現(xiàn)的過程中排錯、檢查的能力也得到鍛煉?？偠灾?，好好利用了學(xué)校給我們提供的此次實習(xí)的機會，努力按要求完成了任務(wù)，提高了自己的綜合思考能力和動手實踐能。九.參考文獻(xiàn)。 -高等教育出版社 王毓