級(jí)電動(dòng)二班王明亮

1、鄭州科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目 彩燈控制器 學(xué)生姓名 王明亮 專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化（二）班 學(xué) 號(hào) 201247057 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 王繼紅 完成時(shí)間 2014 年 5 月 17 日 目 錄緒論 11 設(shè)計(jì)的目的32 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求32.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)32.2設(shè)計(jì)的要求33 設(shè)計(jì)方案與論證43.1方案一43.2 方案二44 設(shè)計(jì)原理及技術(shù)指標(biāo)54.1 設(shè)計(jì)原理54.2 技術(shù)指標(biāo)65 單元電路的設(shè)計(jì)65.1 時(shí)鐘電路75.2 74LS194模塊85.3 主控制器模塊95.4 顯示模塊96 硬件的制作與調(diào)試97 數(shù)字電子技術(shù)的展望108 總結(jié)11附錄一：總體

2、電路原理圖13附錄二：元器件清單14參考文獻(xiàn)：15緒論 從一般的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)，要經(jīng)過采樣、量化、編碼，最終一個(gè)連續(xù)的模擬信號(hào)波形就變成了一串離散的、只有高低電平之分“0 1 0 1.”變化的數(shù)字信號(hào)。自然界來的，或者通過傳感器轉(zhuǎn)化的主要是模擬信號(hào)，那么為什么要多此一舉把它們變?yōu)閿?shù)字信號(hào)呢?原因有以下幾點(diǎn)：一、模擬信號(hào)有無窮多種可能的波形，同一個(gè)波形稍微變化就成了另一種波形，而數(shù)字信號(hào)只有兩種波形(高電平和低平)，這就為信號(hào)的接收與處理提供了方便。二、模擬信號(hào)由于它的多變性極容易受到干擾，其中包括來自信道的和電子器件的干擾，模擬器件難以保證高的精度(如放大器有飽和失真、截止失真、交越失真，

3、集成電路難免有零點(diǎn)漂移)。而數(shù)字電路中有限的波形種類保證了它具有極強(qiáng)的抗干擾性，受擾動(dòng)的波形只要不超過一定門限總能夠通過一些整形電路(如斯密特門)恢復(fù)出來，從而保證了極高的準(zhǔn)確性和可信性，而且基于門電路集成芯片所組成的數(shù)字電路也簡(jiǎn)單可靠、維護(hù)調(diào)度方便，很適合于信息的處理。 電子技術(shù)是根據(jù)電子學(xué)的原理，運(yùn)用電子器件設(shè)計(jì)和制造某種特定功能的電路以解決實(shí)際問題的科學(xué)，包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。信息電子技術(shù)包括 Analog (模擬) 電子技術(shù)和 Digital (數(shù)字) 電子技術(shù)。電子技術(shù)是對(duì)電子信號(hào)進(jìn)行處理的技術(shù)，處理的方式主要有：信號(hào)的發(fā)生、放大、濾波、轉(zhuǎn)換。本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)的彩燈控制

4、器的是八位彩燈控制器，里面用到了555定時(shí)器、74LS160、74LS194等計(jì)數(shù)器，很好的介紹了數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用原理。1 設(shè)計(jì)的目的(1) 了解八路彩燈控制器的工作原理(2) 學(xué)會(huì)將一個(gè)實(shí)際情況抽象為邏輯電路的邏輯狀態(tài)的方法(3) 掌握獨(dú)立電源設(shè)計(jì)方法及原理(4) 掌握實(shí)際輸出電路不同要求的方法(5) 掌握電路板的實(shí)物焊接2 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)八路彩燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）八路彩燈從左到右，間隔為一秒；（2）八路彩燈同時(shí)亮，時(shí)間為0.5秒，然后同時(shí)變暗，時(shí)間間隔為0.5秒，反復(fù)4次逐次漸亮，間隔為一秒；（3）八路彩燈從右到左逐次漸滅2.2設(shè)計(jì)的要求（1）確定總

5、體設(shè)計(jì)方案畫出總方框圖，確定各單元電路的功能，進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫出邏輯電路圖。（2）選擇元器件型號(hào)。（3）畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)電路上組裝電路。（4）進(jìn)行電路的仿真和調(diào)試，使其達(dá)到預(yù)期要求。3 設(shè)計(jì)方案與論證 彩燈是一束束用導(dǎo)線連接起來的并聯(lián)燈泡，當(dāng)電源接通后，彩燈就會(huì)工作，但里面可能是由編程或非編程的電路控制燈泡運(yùn)行的。譬如實(shí)現(xiàn)音樂彩燈、閃爍、循環(huán)、時(shí)控等功能。數(shù)列的產(chǎn)生可以通過計(jì)數(shù)器和邏輯門實(shí)現(xiàn)，而循環(huán)則需要用到時(shí)控電路控制，如觸發(fā)器等，而最后可以用邏輯門把幾個(gè)輸出接到同一個(gè)數(shù)碼管。3.1方案一設(shè)計(jì)一個(gè)有八個(gè)LED燈輸出花樣的控制電路，其中有三個(gè)LED燈受74LS194芯片控制

6、，4個(gè)LED燈受74LS160芯片控制，最后一個(gè)LED燈由倆片74l S 160芯片組成的二十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位控制。從第十個(gè)脈沖開始第一片74LS160的Q0端變成高電平。此時(shí)74LS194開始移位。通過對(duì)電源的通斷來控制復(fù)位。另外三個(gè)主要芯片統(tǒng)一由一個(gè)時(shí)鐘芯片來控制。進(jìn)而達(dá)到同步工作。最后加上一個(gè)非門和一個(gè)與非門等完成八路彩燈控制器的設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了八路LE D的輸出。并且該控制器共有32種變化的花樣。 3.2 方案二有設(shè)計(jì)要求出發(fā)，三個(gè)彩燈的三個(gè)節(jié)拍可以用寄存74LS194實(shí)現(xiàn)，通過S0和S1實(shí)現(xiàn)右移、左移和送數(shù)，通過控制CLR控制清零。第一拍為1右移，第二節(jié)拍為0左移，第三節(jié)拍全亮為置

7、數(shù)1，全滅為清零。由于程序循環(huán)一次要20秒，故需要一個(gè)20進(jìn)制的計(jì)數(shù)器控制循環(huán)。第三節(jié)拍時(shí)要求1秒內(nèi)全滅全亮各一次，故脈沖信號(hào)頻率比先前兩節(jié)拍時(shí)脈沖頻率要快一倍，而且要以相同頻率控制CLR?？梢杂靡粋€(gè)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，一路送到控制20進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，一路經(jīng)邏輯電路送到移位寄存器。綜合以上兩種方案，方案一需要的元器件易找，電路相對(duì)不太麻煩，我們選擇方案一。4 設(shè)計(jì)原理及技術(shù)指標(biāo)八路LED輸出并產(chǎn)生花樣組成20進(jìn)制計(jì)數(shù)器4.1 設(shè)計(jì)原理74ls19474ls16074ls160555時(shí)鐘芯片產(chǎn)生脈沖圖4-1 設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)一個(gè)有八個(gè)LED燈輸出花樣的控制電路，其中有三個(gè)LED燈受74LS

8、194芯片控制，4個(gè)LED燈受74LS160芯片控制，最后一個(gè)LED燈由倆片74l S 160芯片組成的二十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位控制。從第十個(gè)脈沖開始第一片74LS160的Q0端變成高電平。此時(shí)74LS194開始移位。通過對(duì)電源的通斷來控制復(fù)位。另外三個(gè)主要芯片統(tǒng)一由一個(gè)時(shí)鐘芯片來控制。進(jìn)而達(dá)到同步工作。最后加上一個(gè)非門和一個(gè)與非門等完成八路彩燈控制器的設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了八路LE D的輸出。并且該控制器共有32種變化的花樣。 4.2 技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)有八個(gè)LED燈輸出花樣的控制器電路，其中有三個(gè)LED等受74ls194芯片的控制，4個(gè)LED燈受74ls160芯片的控制，最后一個(gè)LED由兩片74ls

9、160芯片組成的二十三進(jìn)制技術(shù)器的今晚i額來控制。從第十個(gè)時(shí)鐘，脈沖開始第一片74ls160的QQ端變成高電平。此時(shí)74ls194開始移位。通過對(duì)電源的通斷來控制復(fù)位。另外三個(gè)與非門等完成了八路花樣等控制器的設(shè)計(jì)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了八路LED的輸出。并且該控制器共有32中變化的花樣。5 單元電路的設(shè)計(jì) 我們?cè)O(shè)計(jì)的八路花樣彩燈控制器共分為四大模塊。他們分別是時(shí)鐘電路模塊、74LS194移位寄存器模塊、主控制模塊（由兩片74LS160組成）、顯示模塊（8個(gè)LED燈）5.1 時(shí)鐘電路圖5-1 555定時(shí)器如圖所示是用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，其分析如下：?jiǎn)?dòng)Multisim 11程序，我們從混合器材庫(kù)中

10、的定時(shí)器件中取出555定時(shí)器，從工具欄中找出電阻R、電容C、底線及電源VDD信號(hào)。將555定時(shí)器結(jié)成多諧振蕩器，用示波器中的時(shí)間線進(jìn)行測(cè)量，得到的波形的周期T=92.13ms。根據(jù)理論分析，這個(gè)計(jì)算公式為T=T1+T2=(R1+2R2)C1ln2。將電路參數(shù)帶入電路振蕩周期公式計(jì)算得到，T=T1+T2=（R1+2R2）C192ms由此得出分析結(jié)果與理論值基本完全符合。切555定時(shí)器輸出的是方波，當(dāng)LED燈放在3,5引腳時(shí)可以發(fā)現(xiàn)LED燈會(huì)有規(guī)律的閃爍。5.2 74LS194模塊  在數(shù)字電路中，用來存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路稱為寄存器。按功能可分為基本寄存器和移位寄存器。 

11、 移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下一次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，十分靈活，用途也很廣。74ls194雙向移位器圖3-1 74LS194的引腳圖其中：D0D3：并行輸入端；              Q0Q3：并行輸出端；S0、S1：操作模式控制端；       ：為直接無條件清零端

12、；SR：右移串行輸入端                   SL：左移串行輸入端；CP：時(shí)鐘脈沖輸入端；5. 3 主控制器模塊主控制器模塊由兩個(gè)74LS160組成，74LS160為可預(yù)制的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器。160的清除端是異步的。當(dāng)清除端/MR為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE為低電平時(shí)，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸出端P0-P3一

13、致。160的計(jì)數(shù)器是同步的，靠CP同時(shí)加上四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET均為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時(shí)加載四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET均為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時(shí)變化，從而消除了異位計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。160有超前近衛(wèi)功能。當(dāng)技術(shù)溢出時(shí)，進(jìn)行輸出端輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。在不外加門路的情況下，可連成N位同步計(jì)數(shù)器。5.4 顯示模塊有八個(gè)發(fā)光二極管LED燈構(gòu)成，共有32種不同的變化方式。6 硬件的制作與調(diào)試根據(jù)仿真成功的電路圖，進(jìn)行電路的組裝和拍板，先把元器件按照規(guī)律排放在電路板上面，確認(rèn)

14、無誤后開始電路的焊接，先連接555定時(shí)器的那段的電路，這樣可以減少連接電路時(shí)造成的出錯(cuò)，電路連接耗費(fèi)了一天半的時(shí)間，由于電路需要連接的導(dǎo)線多，為了一次能夠成功，選擇穩(wěn)穩(wěn)地連接，待電路連接成功后，我們開始接入電源。接入電源后發(fā)現(xiàn)只有一個(gè)LED燈亮或者是兩個(gè)燈亮，沒有彩燈的變化及計(jì)數(shù)和移位，由此，利用多用電表來進(jìn)行電路的檢查和調(diào)試，發(fā)現(xiàn)沒有地方出現(xiàn)連接錯(cuò)誤和短接現(xiàn)象，想了想可能是由于電阻的問題造成74LS194無法移位，由此，老師給出解釋，主控制模板的問題，兩個(gè)74LS160沒有連接好。7 數(shù)字電子技術(shù)的展望數(shù)字電子技術(shù)較模擬電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)數(shù)模信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換往往是要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)、數(shù)模轉(zhuǎn)

15、換是將傳感器從自然的界獲取的連續(xù)的信號(hào)波形經(jīng)過濾波、去噪等處理，最后形成有固定高低電平組成的數(shù)字信號(hào)，也就是人們常說的“0101”信號(hào)。之所以在信號(hào)處理中多是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，主要原因包括如下幾點(diǎn)：（1）模擬信號(hào)有無窮多種可能的波形，同一個(gè)波形稍微變化就成了另一種波形，而數(shù)字信號(hào)只有兩種波形（高電平和低電平），這為信號(hào)的接收與處理提供了方便。（2）模擬信號(hào)是有一連串連續(xù)的信號(hào)波形組成的，其信號(hào)及其容易受到干擾，這些干擾不僅僅是來自于信號(hào)的采集階段，也來自信號(hào)傳輸過程中和電子元器件造成的誤差，這就導(dǎo)致了采集信號(hào)的準(zhǔn)確度難以得到保證，從而影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性或試驗(yàn)的可靠性。而數(shù)字電路中只采用高

16、低電平對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，這就保證了信號(hào)的抗感染能力，提高了信號(hào)的精度。8 總結(jié)經(jīng)過了一周的實(shí)訓(xùn)，大家都完成了自己的電路課程設(shè)計(jì)，雖然我們?cè)O(shè)計(jì)的彩燈控制器沒有達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，但能夠參與到其中我也是受益匪淺，我們從剛開始的選擇課題，進(jìn)行電路的仿真和焊接，自己掌握了數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這次的實(shí)驗(yàn)也改變了我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的看法，以前學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)，由于不了解，所以在學(xué)習(xí)的時(shí)候不太上心，在今后的學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)中我會(huì)更加上心，好好學(xué)習(xí)。一周的實(shí)訓(xùn)很快就結(jié)束了，能夠?qū)W到的課本上學(xué)不到的知識(shí)，還能學(xué)到一定的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)踐需要注意的東西，鍛煉了自己的思維方式，增加了自己的動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)和操作能力，通過焊接讓我更了解

17、了電氣工程及其自動(dòng)化這門專業(yè)，加深了對(duì)八路彩燈控制器的熟悉。在實(shí)驗(yàn)的過程中，我們應(yīng)該盡量減少操作的盲目性，提高實(shí)驗(yàn)效率的保證，不要一開始就趕著做，結(jié)果越做越忙，主要是這個(gè)原因，我也曾犯過這樣的錯(cuò)誤。在焊接電路時(shí)，要吃透電路圖，儀器面板的布置及各個(gè)元器件的擺放都影響做后面的電路的調(diào)試和檢查，我們做實(shí)驗(yàn)不要一成不變和墨守成規(guī)，應(yīng)該有改良和創(chuàng)新的精神。通過這次數(shù)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)讓我們學(xué)到了許多課本上無法學(xué)到的知識(shí)。從確定做什么課題到設(shè)計(jì)完成整個(gè)過程中遇到了許多的問題。不過我們依然了堅(jiān)持。去上網(wǎng)查找資料或者去圖書館中啊資料是解決問題的一種好方法。附錄一：總體電路原理圖附錄二：元器件清單序號(hào)元器件名稱型號(hào)數(shù)量1六反相器74ls0412四2輸入端與非門74ls0013同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160244位雙向位移寄存器74ls19415集成定時(shí)器55516電容0.1F27電阻50K18電阻100K19LED8參考文獻(xiàn)：(1) 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版）M.北京