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1、课 程 设 计课程名称 数字电子技术课程设计课题名称 四路彩灯显示系统 专 业 自动化 班 级 三班 学 号 姓 名 指导教师 2011 年 12 月 15日设计内容与设计要求 一、 任务与要求：用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，要求如下：1、 开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。2、 程序由三个节拍组成：第一节拍时，四路输出Q1Q4依次为1，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，Q4Q1依次为0，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，Q1Q4输出同时为1态0.5秒，然后同时为0态0.5秒，使四路彩灯同时点亮0.5
2、秒然后同时灭0.5秒，共进行4次。每个节拍费时都为4秒，执行一次程序共需12秒3、 用发光二极管显示彩灯系统的各节拍；4、 功能扩展（自选）二、设计要求：1、 设计思路清晰，给出整体设计框图；2、 设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；3、 总电路设计；4、 计算机仿真5、 安装调试电路；6、 写出设计报告；主要设计条件1 提供直流稳压电源、示波器； 2 提供 TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。说明书格式1、 课程设计封面；2、 课程设计任务书；3、 说明书目录；4、 设计总体思路，基本原理和框图；5、 单元电路设计（各单元电路图）；6、 总电路设计（总电路图）；7、
3、 安装、调试步骤；8、 故障分析与电路改进；9、 总结与设计调试体会；10、 附录（元器件清单）；11、 参考文献；12、 课程设计成绩评分表。进 度 安 排 第一周 星期一 上午 安排任务、讲课。 星期一 星期五上午 查资料、设计第二周1、 计算机仿真2、 测试元器件3、 调试单元电路4、 调试总电路5、 调试验收6、 写课程设计报告书 星期五下午 答辩地 点：实验楼四楼 电子综合实验室目 录一、设计任务7二、设计要求8三、设计总思路91、基本原理92、框图10四、单元电路设计111、时钟脉冲产生电路112、具体实现133、循环控制电路144、具体实现：14五、彩灯花样输出电路151、运用到
4、74LS194功能表152、通过12进制计数器的输出端的C、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其端真值表163、彩灯花样输出电路接线图17六总电路设计18七、实验、调试及测试结果分析19结果的调试及分析19（1）调试使用的主要仪器: 数字万用表 直流稳压电源 示波器 函数信号发生器19（2）测试电路的方法和技巧:19调试中出现的故障、原因及排除方法：19八、总结与设计调试体会21九、附录231、元器件清单：232、参 考 文 献23电气与信息工程系课程设计评分表24一、设计任务用中规模集成电路设计并制作一个四路彩灯显示系统，要求如下：1、 开机自动置入初始状态后即能按规定的程序进行循环显示。2
5、、程序由三个节拍组成：第一节拍时，四路输出Q1Q4依次为1，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，Q4Q1依次为0，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，Q1Q4输出同时为1态0.5秒，然后同时为0态0.5秒，使四路彩灯同时点亮0.5秒然后同时灭0.5秒，共进行4次。每个节拍费时都为4秒，执行一次程序共需12秒3、用发光二极管显示彩灯系统的各节拍；4、功能扩展（自选）二、设计要求1、设计思路清晰，给出整体设计框图；2、设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；3、总电路设计；4、计算机仿真5、安装调试电路；6、写出设计报告；三、设计总思路根据
6、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。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，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍，而且要以相同频
7、率控制CLR。可以用一个16进制计数器产生脉冲信号，一路送到控制12进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。2、框图移位计数器74LS19112进制循环控制器多 谐 振 荡 器彩 灯 显 示 输 出16进制分频计数器四、单元电路设计1、时钟脉冲产生电路用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:T=0.7(R1+2R2)C(1-1)控制74LS161模十六计数器电阻值和电容值可设为：R1=1K ， R2=20K ， C=0.01F由公式（1-1）计算得：T=0.287S图. 时钟电路2、具体实现 74LS161用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个
8、周期性的矩形脉冲,控制74LS161模十六计数器，74LS161A输出2倍T的脉冲信号；B输出4倍T的脉冲信号，大约为1S。3、循环控制电路 12进制循环控制电路示意图(74LS161由74163代替)4、具体实现：如果模N计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，那么N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00001011，检测1100（异步清零）。五、彩灯花样输出电路1、运用到74LS194功能表输 入输 出功 能/CRS1S0CPSLSRD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q300000清 零111d0d1d2d3d0d
9、1d2d3送 数10111Q0nQ1nQ2n右 移1100Q1nQ2nQ3n0左 移2、通过12进制计数器的输出端的C、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其端真值表CLK时间节拍QDQCS0S1SRSL74LS194动作0脉冲B1第一节拍00101*右移112001023001034001045第二节拍0101*0左移05601016701017801018脉冲A9第三节拍1011*送清零9101110101011111011121113141215由上表由：CLR（*A+QD）进一步分析可知脉冲控制：（*A+QD）*+B3、彩灯花样输出电路接线图六总电路设计七、实验、调试及测试结果分析结果的
10、调试及分析（1）调试使用的主要仪器: 数字万用表 直流稳压电源 示波器 函数信号发生器（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。调试中出现的故障、原因及排除方法：（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）彩灯无规律变化：
11、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CP脉冲是否稳定，看74LS161是否能计数，即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低电平变化，前面没问题，再检查与非门74LS和非门74LS04是否能实现它们逻辑功能。（3）彩灯的四种花样都有，但一次循环结束到另一次循环开始中间有段时间彩灯不亮：原因可能是控制循环的进制计数器没有真确接线，实际控制循环的进制大于进制，导致有放空时间。应该检查是否正常工作，确保能实现进制计数。 八、总结与设计调试体会两周的实习很快就过去了，在这次实习中我学到了很多东西，当然也有专业知识之外的其他东西。在这两个周里，我又一次运用了所学知识，
12、进一步了解到自己所学的知识的作用。下面是我这两周以来的心得体会。首先是四路彩灯电路的设计，我发现自己对芯片的功能还是不太了解，后来又重新查了一遍，选择了合适的芯片。但又在连线时出了问题，出了问题并不重要，重要的是让自己冷静下来，用心去找出问题的所在。然后用自己所学知识解决掉问题，硬是不能解决的，可以去请教别人，但在问别人的时候，一定要理解对方是怎样解决掉这个问题的，否则你将一无所获，下次遇到这个问题你一样又不知道。其次是电路的连接，线路连接比画图难多了。在连接的时候先要检查芯片、电线等。在连接的时候也要非常的细心，而且要有耐心，只要接错一根，就前功尽弃了。因此，要学会耐心细致的做一件事，不要毛
13、躁，不要粗心。当然，和别人的合作也非常重要。将来走入社会，能否找到好工作，或者说事业顺利，团队合作占了很重的分量，而当今社会，很多公司、企业都非常重视团队合作精神。最后，我要感谢学校给我们这样的实践机会，也感谢老师在这两周对我们的耐心教导。总之，这次设计，让我体会到了团队合作的重要性，让我以后做事更有耐心，更加细心。九、附录1、元器件清单：555定时就器，模十六计数器74LS161， 与门74LS09，与非门74LS20，非门74LS04，或门74LS32。74LS194双向移位寄存器，发光二极管等。2、参 考 文 献电子技术课程设计历雅萍、易映萍编电子技术课程设计指导 彭介华、主编 高等教育出版社电子线路设计、实验、测试 谢自美主编华中理工出版社。电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价设计方案的合理性与创造性硬件制作或软件编程完成情况*硬件制作测试或软件调试结果*设计说明书质量设计图纸质量答辩汇报的条理性和独特见解答辩中对所提问题的回答情况完成任务情况独立工作能力组织纪律性（出勤率）综合评分 指导教师签名：_ 日 期：_ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容； 、24