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摘要本课题设计彩灯循环控制器,由于条件的限制,课程设计中的电路设计及彩灯亮灭的情况,主要以Multisim11仿真软件来进一步的完成设计任务彩灯亮灯情况分为三个节拍第1节拍逐次渐亮,灯亮时间1s,共用4s;第2节拍4路彩灯按逆序渐灭,也需4s;第3节拍4路彩灯同时亮
0.5s然后同时变暗
0.5s要进行4次所需时间也为4s,3个节拍完成一个循环完成四路彩灯循环显示功能需要有分频器、节拍控制器、节拍程序执行器及脉冲源等电路关键词四路彩灯显示器、信号发生器、脉冲发生器、循环控制器目录第一部分设计任务……………………………………………第1页第二部分设计方案……………………………………………第2页第三部分电路设计……………………………………………第3页第四部分整体电路图的仿真测试及性能检测………………第4页第五部分收获与心得体会……………………………………第5页第六部分参考书目……………………………………………第6页彩灯循环控制器的设计第一部分设计任务
1.设计目的是熟悉中规模计数器的逻辑功能,掌握技术、译码电路的工作原理及应用,熟悉移位寄存器的工作原理、典型应用和调试方法
2.设计任务与要求是设计一个四路彩灯循环控制器,设计要求如下第一节拍四路彩灯从左向右逐渐亮,灯亮时间1s,共用4s;第二节拍四路彩灯从右向左逐渐灭,也需4s;第三节拍四路彩灯同时亮
0.5s,然后同时变暗,进行4次,所需时间也为4s第二部分设计方案根据课题设计要求,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输出电路时钟脉冲产生电路由74LS163分频实现循环控制电路也由74LS163实现,彩灯花样输出由74LS194和相关逻辑电路实现四路彩灯既有四路输出,设依次为Qd,Qc,Qb,Qa若“1”表示灯亮,“0”表示灯灭,由课题要求可知四路彩灯显示系统要求如下表1所示的输出显示此次课设题目为彩灯循环控制器的设计,也就是一种四路循环灯控制器彩灯点亮方式为第1节拍逐次渐亮,灯亮时间1s,共用4s;第2节拍4路彩灯按逆序渐灭,也需4s;第3节拍4路彩灯同时亮
0.5s然后同时变暗
0.5s要进行4次所需时间也为4s,3个节拍完成一个循环设计原理图如图1所示图1设计原理图图2四路彩灯控制系统结构框图在实现电路中时,其中脉冲源采用秒脉冲发生器,用以提供频率为1Hz的时钟信号;分频器将1Hz的时钟信号四分频,用以产生
0.25Hz(即4S)的时钟信号;节拍控制器产生三个节拍循环的控制信号;因为74LS194为四位双向移位寄存器,具有左移、右移、并行置数和保持等功能,而74LS163为同步二进制计数器所以分别采用2片74LS163和一片74LS194芯片以及部分逻辑门来实现四个节拍同时亮
0.5s、同时灭
0.5s可考虑把1Hz的秒脉冲信号直接加到输出显示端来完成显示电路完成系统循环演示的指示,可以用发光二极管模拟由下表可知,可以选用模12计数器作为分频器,起节拍产生和控制作用,每4s一个节拍,3个节拍共12s后反复循环要实现模12计数器的话用74LS163(当然在实际操作中可以用161代替74LS163,因为74LS163的引脚排列和74LS161相同)一个节拍结束后应产生一个信号到节拍程序执行器,完成彩灯渐亮、渐灭同时亮、同时灭等功能彩灯输出时间及显示控制如表1表1四路彩灯输出显示说明输出所用时间QdQcQbQa开机初态0000第一节拍逐次渐亮10001100111011111s1s1s1s第二节拍逆序渐灭11101100100000001s1s1s1s第三节拍同时亮
0.5s,然后同时灭
0.5s,进行四次
111100001111000011110000111100000.5s
0.5s
0.5s
0.5s
0.5s
0.5s
0.5s
0.5s每个节拍中的灯亮时间则由一个函数信号发生器接到各芯片的时钟控(CP端)来控制,调节函数信号发生器的频率来调节时间根据实验目的、实验原理和个芯片的功能完成实验电路的设计,并采用Multisim11仿真综上所述,要完成四路彩灯循环显示功能需要有分频器、节拍控制器、节拍程序执行器及脉冲源等电路第三部分电路设计本次实验所用到的仪器有一片74LS194芯片、两片74LS163芯片、函数信号发生器、直流电源、逻辑门、发光二极管等通过线路连接,做出仿真电路如图3所示图3仿真电路图第四部分整体电路图的仿真测试及性能检测
1、电路的安装调试实验仪器数字电路实验箱,74LS163两个,74LS194一个,信号发生器,74LS20一个,74LS04四个,导线若干条检查线路连接,调好脉冲为1Hz无误后启动系统按开始按钮自动从初始状态按照规定程序完成3个节拍的循环演示彩灯点亮方式为第1节拍四路彩灯从左向右逐次渐亮第2节拍四路彩灯从右向左逐渐灭第3节拍四路同时亮然后同时灭,则实验任务完成
2、性能指标测量及记录打开开关得到仿真结果如图4所示初始状态0~1s1~2s2~3s3~4s4~5s5~6s6~7s7~8s8~
8.5s
8.5~9s9~
9.5s
9.5~10s10~
10.5s
10.5~11s11~
11.5s
11.5~12s图4仿真运行结果性能检测结果如上图4所示仿真结果达到实验目的和实验要求说明实验成功第五部分收获与心得体会数字电子技术课程设计从两个方面来锻炼我们,第一是加强大家对数字电子技术基础的熟悉、对课本知识的复习,第二是对我们动手能力的考验和锻炼,通过这次课程设计我学到了应该怎么样把书本上的理论知识应用到实际生活中去,本次我做的是彩灯设计,在这以前总以为这彩灯能有规律的闪亮很是高深莫测,现在我没有了这种想法了,因为这个彩灯我也可以自己做了,这次课程设计让我知道了平日里我们课堂里所学的理论知识不是没有用而是很有用,只有它才能指导我们如何去实践我在这次的设计里的收获和体会是比较多的,大致总结如下要学会搜集和查阅资料对于我们接触的许多东西,我们可能是没有学过的,甚至没有见过的,我们要学会从各种渠道去搜集关于这个方面的知识,去学习它,知道可以应用它如何完成一个任务对于我们接触到一个任务时,我们要学会将这个任务进行转化,也就是尽量转化到我们熟悉的知识上来当我们完成任务的转化后,还要学会分解任务,也就是要清楚,我们要完成这个任务要分为那几个部分,就象这次彩灯的设计要分解为计数器、译码驱动器和显示器三个小任务,然后再各个任务击破对于我们在做事过程中发现的问题要冷静的思考,不要盲目的进行有一些问题当你好好思考一下时,就会发现是一个很好解决的问题而盲目的进行,只会是浪费时间没有效果在一些实际的操作过程中,要学会去尝试自己的想法,不要局限于书本也就是学会一点创新精神这次课程设计中我学会了怎么样去设计,怎么样把仿真电路应用到实际电路中去,而且我的分析故障能力有了很大的提高,懂得了怎样去分析故障,把故障一一的去击破总之,在这次设计过程中所得到的体会,在过去是没有过的,在书本是也是无法找到的所以,感谢老师对我的悉心指导,每次不管问什么问题,老师都很耐心的指导,在这里我也感谢我们组的组员,是大家的合作和和配合,才能完成课设总之我觉得这样的实践对我们现在的学习以及以后的工作都是很大的帮助,而且对我分析问题的方法也有很大的帮助,使我考虑问题更周到,更全面而且在这次的课程设计当中,我们组的两位同学都积极参与,合作十分愉快我在以后的学习、工作中一定会把这次的体验加以发扬光大我相信我以后可以做的更好!最后我再次感谢我的指导老师史老师,谢谢她在这两周对我的悉心指导让我能够顺利完成任第六部分参考书目
[1]杨颂华,冯毛官等.数字电子基础[M].西安电子科技大学出版社,
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[4]王泽保,赵博.数字电路典型实验范例剖析[M].北京人民邮电出版社,2004
[5]臧春华.电子线路设计与应用[M].北京高等教育出版社,2005。