數(shù)字電路多路彩燈課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、曲美邦雷大拳數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告多路彩燈控制器學(xué)院名稱：計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)生姓名：馮佳新（24）專業(yè)名稱：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班 級(jí)：計(jì)科1102實(shí)習(xí)時(shí)間：2013年6月3日2013年6月14日實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)，學(xué)會(huì)將數(shù)電理論用于實(shí)際電路中去。2. 熟悉常用集成數(shù)字芯片，并掌握其基本原理，學(xué)會(huì)使用它們進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。3. 了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問題。4. 學(xué)會(huì)使用面包板測(cè)試設(shè)計(jì)好的邏輯電路，并使用萬用表進(jìn)行調(diào)試排錯(cuò)，提高動(dòng)手操作能力。5. 培養(yǎng)獨(dú)立完成電路的能力，初步學(xué)會(huì)自主設(shè)計(jì)、連接、調(diào)試數(shù)字電路。6. 培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)習(xí)慣和實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度

2、。二.實(shí)驗(yàn)要求1. 彩燈控制器設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)8路移存型彩燈控制器，要求：(1) . 8路彩燈能演示三種花型(花型自擬)。(2) .彩燈用發(fā)光二極管代替(3) .選做：實(shí)現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的變換。2. 課程設(shè)計(jì)的總體要求(1) .設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)題目要求。(2) .電路在功能相當(dāng)?shù)那闆r下設(shè)計(jì)越簡(jiǎn)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。(5) .每個(gè)單元電路先獨(dú)立組裝，獨(dú)立測(cè)試，功能正確后，單元電路之間才 能互聯(lián)。(6) .所有發(fā)光二極管都要接限流電阻，阻值在 100500q之間。(7) .所有器件的多余輸入端不允

3、許懸空，請(qǐng)按實(shí)際情況做合適的處理。(8) .電路中的高電平正常情況下3v,低電平正常情況下0.4vo介于二者之間的電平為非正常電平，會(huì)造成邏輯錯(cuò)誤。(9) .嚴(yán)禁帶電插、拔元件及導(dǎo)線。三.實(shí)驗(yàn)所需器材器件數(shù)量器件數(shù)量5551面包板174ls741發(fā)光二極管874ls161274ls00274ls194274ls1511電阻100q2電容0.01 m1電阻4.7k q1電容4.7西1電阻150kq1鉗子1萬用表1導(dǎo)線四.實(shí)驗(yàn)原理利用555定時(shí)器產(chǎn)生周期為0.5秒的cp脈沖，再經(jīng)過74ls74（雙上升沿觸發(fā)器）將其二分頻產(chǎn)生1.0秒節(jié)拍，再用74ls151八選一數(shù)據(jù)選擇器選擇一種節(jié)拍，用74ls7

4、4和74ls151級(jí)聯(lián)交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍。用兩片74ls161級(jí)聯(lián)控制74ls194實(shí)現(xiàn)不同的花型，并使用反饋清零法，再用兩片74ls194控制8盞燈的明暗變化。五.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及電路圖1 .時(shí)鐘信號(hào)電路有一片555加上適當(dāng)電容及電阻實(shí)現(xiàn)。電容取：4.7 pf 0.01 畫電阻?。?50kq 4.7k q電路圖如下:vccr1aa/vvw:r2 :5叫c1， * *a fa ls- - yec- - - -est - - -out di 3ttffi tei cow -:. =1m1f&kd , , 555 virtual2 .節(jié)拍控制電路使用74ls74（雙上升沿觸發(fā)器）將其二分頻產(chǎn)生1.0s節(jié)拍

5、，再用74ls151通 過0或1控制輸出端脈沖的頻率交替輸出這兩種節(jié)拍，用 74ls74和74ls151級(jí) 聯(lián)交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍，其結(jié)構(gòu)圖如圖所示：q是74ls74觸發(fā)器的輸出端，d觸發(fā)器具有記憶功能，記錄上一個(gè)狀態(tài)，所 以在每一個(gè)cp脈沖的上升沿，q輸出為上一次的記錄（即一個(gè)脈沖），即就是 比時(shí)鐘信號(hào)電路的cp脈沖慢了一拍。令74的vcc, clr pr都接高電平，將aq的輸出接到d端，q端的輸出接到 151 的 d1 端。令 151 的 dq d2, d3, d4, d5, d6, d7, b, c, ag, gn限低電 平，vcc接高電平，d0接時(shí)鐘信號(hào)的cp脈沖，a端接由花型控制電路的q

6、f輸出。所以通過a為0或1選才? 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(shí)qf為1,接下來的3264拍為變慢后的脈沖輸出。電路圖如下：vcc3 .花型控制電路74ls161是四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，具有計(jì)數(shù)、異步清零、同步置數(shù), 保持等功能，具引腳圖t 空 op 0 102cet penri nr詢 fh rn輸a輸出cp cr ldpt丹 丹 di 0。i曬 qa qj qox0xxxxxxx0000t 10xxdcbudcbax1】0xxxxx保持x11x0xxxx保持(c t0)t i i11xxmx計(jì)數(shù)一片74ls161只能計(jì)數(shù)從00001111,但兩

7、片74ls161級(jí)聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)從 0255計(jì)數(shù)，因?yàn)?4 （32快拍加上32慢拍）16,所以采用兩片74ls161同步 級(jí)聯(lián)，64轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為01000000,所以用高位片的q3（即qg通過非門以后 接到清零控制端。當(dāng)三種花型全新顯示一遍后（總共 32拍），74ls161的輸出變?yōu)?0100000, 所以將161高位片的q2 （即qe信號(hào)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74的 輸出端y。電路圖如下：5v, ijq, -d-.4* -球 源 qr -qo接151的輸出rene, bco ekt -血咽emu?u3 - 7

8、4ls161n j:授兩個(gè)冏的匚le端：4 .花型演示電路由二片移位寄存器194級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。具八個(gè)輸出信號(hào)端連接八個(gè)發(fā)光二極 管，用其輸出信號(hào)控制發(fā)光二級(jí)管的亮滅實(shí)現(xiàn)花型演示。每個(gè)花型完整顯示 一遍，所以三種花型完全顯示一遍需要的總拍數(shù)為32,即07實(shí)現(xiàn)第一個(gè)花型，815實(shí)現(xiàn)第二種花型，1631實(shí)現(xiàn)第三種花型。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?；ㄐ?:從中間到兩邊對(duì)稱地逐次漸亮，全亮后仍由中間到兩邊逐次漸滅?；ㄐ?:從左至右順次漸亮，全亮后又從左至右漸滅。移存器輸出狀態(tài)編碼表節(jié)拍序號(hào)花型一花型二00000 00000000 00000000 00

9、0011000 10000001 10001000 000021100 11000011 11001100 000031110 11100111 11101110 000041111 11111111 11111111 000050111 01111110 01111111 100060011 00111100 00111111 110070001 00011000 00011111 111081111 111190111 1111100011 1111110001 1111120000 1111130000 0111140000 0011150000 0001要用194實(shí)現(xiàn)三個(gè)花型的連續(xù)顯示

10、必須對(duì)兩片 194的s1、s0和sl、sr節(jié)拍 的變化進(jìn)行相應(yīng)的改變。現(xiàn)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l1l8o列出各花型和其對(duì)應(yīng)的194的s1、s0、sl、sr的輸入信 號(hào)及節(jié)拍控制信號(hào)列表如下：（用ali表示li的取非）低位片高位片節(jié)拍控制信號(hào)花型slsrs1s0slsrs1s0qd qe (qa-qh1xal801xal8010 0(00000000-11100000 )2al8x10xal8011 0(00010000-11110000 )3xal801xl4010 1(00001000-11101000)xal801xl4011 1(00011000-

11、11111000)根據(jù)真值表，畫出其卡諾圖如下:194低位片:sl=al8 qe qd010al8al81xal8sr=al8s0=as1s1=qd*aqe194高位片: qeqd010al8l41al8l4sl=xsr=al8*aqe+l4*qes0=1s1=0由卡諾圖可得控制結(jié)果表達(dá)式如下:低位片高位片sl=al8sl=xsr=al8sr=al8*aqe+l4*qes1=qd*aqes1=0s0=as1s0=1電路圖如下:74ls00n1u6a 74lsoonu14auwa 74l$nan:援法嵋位片的%：74lsq4k ：,1_u12a-74ls194n喏151的輸出tt4ls04n：六

12、.實(shí)驗(yàn)波形圖1 .基本cp脈沖產(chǎn)生電路波形圖與分頻電路波形圖tlflrrmrmjltwlmxrl2 .測(cè)試波形：（每列依次為cp脈沖，低位片74ls194a,b,c,d,高位片74ls194a,b,c,d）花型一:花型花型三:trurlrurlrurlrurlrurltlnrl六.實(shí)驗(yàn)問題及解決方法問題：74ls151芯片的功能不太清楚，導(dǎo)致老師提問問題時(shí)無法回答出，所以 下來之后及時(shí)看書，終于弄清了其工作的真正原理。原理：74ls151是互補(bǔ)輸出的八選一數(shù)據(jù)選擇器，有三個(gè)地址端為ca,從8個(gè)輸入數(shù)據(jù)d0d7中，選擇一個(gè)需要的數(shù)據(jù)給輸出端 y,g為使能端， 低電平有效。使能端ast=1時(shí)，不論

13、ca狀態(tài)如何，y均無輸出（y=0, w=1）,多 路開關(guān)被禁止。使能端ast=0時(shí)，多路開關(guān)正常工作，根據(jù) 地址端c , b, a的狀態(tài)選擇d0d7中某一個(gè)通道的數(shù)據(jù)輸出到端 y。如：cba=000,則選擇d0數(shù)據(jù)到輸出端，即y=d0如：cba=001,則選擇d1數(shù)據(jù)到輸出端，即y=d0其功能表如下cm表示m的非）:輸入輸出數(shù)據(jù)選擇選通ywcbaastxxx1010000d0ad00010d1ad10100d2ad20110d3ad31000d4ad41010d5ad51100d6ad61110d7ad7因?yàn)?4ls74只有兩個(gè)輸出端0和1,所以只用74ls151的a端，c端和b端接地七.實(shí)驗(yàn)

14、心得及體會(huì)為期兩周的數(shù)電實(shí)習(xí)短暫又漫長(zhǎng)。不過在這兩周中自己學(xué)到了很多知識(shí)， 對(duì) 數(shù)字電路這門課也有了更深的認(rèn)識(shí)，每天都有目標(biāo)和收獲。第一天，剛開始對(duì)所要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并不是十分明白清楚， 我就盲目地連起 了 555芯片，卻根本不了解其功能，在與同學(xué)的交流討論下，我了解到555芯片 是一種定時(shí)器，它是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模器件。然后自己不斷分 析，獨(dú)自動(dòng)手終于完成了 555脈沖電路的連接，并實(shí)現(xiàn)了其功能。第二天,我完成了第二塊，節(jié)拍控制電路的連接。有了第一天的經(jīng)驗(yàn)，電路 連接已經(jīng)比較熟悉，對(duì)斜口鉗的使用也較為熟練，所以連接電路并未花費(fèi)太多時(shí) 間，但是電路連接好后，并未實(shí)現(xiàn)節(jié)拍控制，仔細(xì)檢

15、查一遍所連接的電路，發(fā)現(xiàn) 面包板上的多個(gè)正負(fù)極沒有互相連通， 連接后再接上電源，電路就可以正常工作 了，555信號(hào)控制燈閃爍一個(gè)高低電平周期，節(jié)拍電路閃爍一下。第三天，開始連接第三塊電路，花型控制信號(hào)電路。此塊電路用兩塊161芯片級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)模64的電路。由于之前已經(jīng)設(shè)計(jì)好了電路圖，而且對(duì)連面包板也 比較熟悉，所以在這個(gè)模塊中竟然沒有出現(xiàn)問題，一次就成功了，我非常激動(dòng)。第四天，我先是自己設(shè)計(jì)了花型，確定花型后，再研究該如何實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)中 有三個(gè)問題考慮，花型用什么實(shí)現(xiàn)，該如何變化花型，如何讓其變頻。最終決定， 用兩片194實(shí)現(xiàn)花型，再用161節(jié)拍器實(shí)現(xiàn)花型變換，再讓其與151相連變頻輸 出。以上問題

16、都弄清楚后，再列出真值表，列出函數(shù)關(guān)系式，最后根據(jù)關(guān)系式畫 出了電路圖，開始連接電路，連接完成后，接入電源，發(fā)現(xiàn)電路并未工作，排查 許久還是未有結(jié)果。第五天，由于花型沒有按我的預(yù)期效果顯示出來，所以我又重新設(shè)計(jì)了一 種方法，接著就是選擇花型和控制端，列真值表填卡諾圖，畫電路圖，連接好之 后發(fā)現(xiàn)花型非常亂，這一天的花型演示模塊又失敗了。第六天，與同學(xué)一起討論前兩天的設(shè)計(jì)方案，最終發(fā)現(xiàn)第一種方法是可行 的，可能當(dāng)時(shí)連錯(cuò)了電路，導(dǎo)致走了許多彎路。于是我又按照第一種方法所畫出 的電路圖重新連接了電路，檢查電路連接無誤后接入電源，八個(gè)彩燈均正常工作， 達(dá)到了我想要的效果，整個(gè)實(shí)驗(yàn)圓滿完成！剩下的幾天中，

17、我再檢查了我的電路，也更加深刻的理解了數(shù)電這門課， 開始著手完成我的實(shí)驗(yàn)報(bào)告了。其實(shí)在電路組裝過程中，遇到的最大問題是，芯片分布不夠合理，無法很 好的布線。于是在分析了我的設(shè)計(jì)后計(jì)算了要用芯片的個(gè)數(shù)和個(gè)芯片之間的關(guān) 系，按照各個(gè)控制電路的走向較合理的插好了芯片。其次就是布線，因?yàn)橐蟛?準(zhǔn)交叉，且橫平豎直，所以在保證連通的情況下，在布線上也下了不少工夫，而 且盡力做到我認(rèn)為很合理的布線，也就是用線的顏色有點(diǎn)混亂，因?yàn)橛昧撕芏鄰?之前面包板上拆下來的舊線，所以整個(gè)板子看起來有點(diǎn)雜亂。也因?yàn)槲业脑O(shè)計(jì)中 要用2個(gè)74l00和1個(gè)74l04,多個(gè)與非門電路的連接卻是費(fèi)了我好大的功夫， 于是連線也就不十分合理了，但整體看起來還算可以。總之，這兩周我受益匪淺。八.實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)。師亞莉薛延俠編 呂思忠 施齊云主編九、附錄（總電路圖） u818 、：hii明 既40 1 1或1b，一hik74ls161n1。27ji11- 74ls194n 一 米, ： led?：二1，溫網(wǎng)燈13 w l_ .hled4 ：led5 ：u912b -15 7&ls1 州!r心1122： ： (m2a,uls0jn.led7led?：西安郵電大學(xué)數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì).過程考核及成績(jī)鑒定表學(xué)生