數(shù)字課程設(shè)計(jì)

1、二一二二一三 學(xué)年第 一 學(xué)期電子信息工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告書班 級(jí)： 電信息（DB） 2012級(jí)2班 姓 名 劉逸雯 學(xué) 號(hào)： 201212235043 課程名稱： 脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 成燕 二零一四年九月二十七日目 錄 (一) 課程設(shè)計(jì)目的、時(shí)間求及要求.31 課程設(shè)計(jì)目的； 2 課程設(shè)計(jì)時(shí)間；3 課程設(shè)計(jì)要求；（二） 系統(tǒng)組成及工作原理分析.3-51 系統(tǒng)組成；2 工作原理分析；（三） 硬件電路設(shè)計(jì).5-111 單元電路設(shè)計(jì)：（1） 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)；（2） 四種碼制產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)；（3） 彩燈開關(guān)電路設(shè)計(jì)；（4） 彩燈輸出電路設(shè)計(jì)；2 整體電路圖；（四）實(shí)驗(yàn)調(diào)試及測(cè)試結(jié)果

2、分析.12（五）設(shè)計(jì)小結(jié).13（六）附錄.14-15一、課程設(shè)計(jì)時(shí)間、目的及要求（一）、課程設(shè)計(jì)目的：綜合運(yùn)用本課程知識(shí)，利用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一些中小規(guī)模電子電路，以復(fù)習(xí)鞏固課堂所學(xué)的理論知識(shí)，提高設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、繪制系統(tǒng)電路圖和分析系統(tǒng)性能指標(biāo)的能力，為實(shí)際應(yīng)用奠定一定的基礎(chǔ)。（二）、課程設(shè)計(jì)時(shí)間：第一天：教師布置設(shè)計(jì)任務(wù)，講解設(shè)計(jì)要求，提示設(shè)計(jì)要點(diǎn)。第二四天：查閱資料，提出設(shè)計(jì)方案，對(duì)提出的方法作比較以選出性價(jià)比最高的設(shè)計(jì)方法。第三十四天：設(shè)計(jì)出詳細(xì)的電路，畫出詳細(xì)電路圖，制作電路板，調(diào)試電路，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果并寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。（三）、課程設(shè)計(jì)要求：(1) 彩燈一亮一滅,從左向右移動(dòng)；(2) 彩燈

3、兩亮兩滅，從左向右移動(dòng)；(3) 四亮四滅，從左向右移動(dòng)；(4) 從18從左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅；(5) 四種花樣自動(dòng)變換。二、系統(tǒng)組成及工作原理分析（一）、系統(tǒng)組成框圖把四花樣彩燈設(shè)計(jì)分為幾個(gè)獨(dú)立的功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),每一個(gè)模塊完成特定的功能,再把它們有機(jī)的組織起來構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)完成彩燈控制器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)可由四個(gè)模塊組成，它們分別是：四種碼產(chǎn)生電路、開關(guān)電路、數(shù)據(jù)輸出、時(shí)鐘電路。由兩個(gè)555構(gòu)成兩個(gè)時(shí)鐘電路，由模十六計(jì)數(shù)器和組合邏輯門構(gòu)成四種碼產(chǎn)生電路，由雙D觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成開關(guān)電路，由移位寄存器和八個(gè)彩燈構(gòu)成輸出電路，一個(gè)時(shí)鐘控制模十六計(jì)數(shù)器和移位寄存器，另一個(gè)時(shí)鐘控制雙D觸發(fā)器。分

4、頻計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器移位寄存器多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器開關(guān)電路輸 出（二）、工作原理分析從多諧振蕩器出來的脈沖信號(hào)分為兩路：一路作為計(jì)數(shù)脈沖送到模十六計(jì)數(shù)器；另一路做為移位時(shí)鐘脈沖加到移位寄存器。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變震蕩頻率，即改變彩燈移動(dòng)的速度，得到不同的動(dòng)態(tài)效果。多諧振蕩器、雙D觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器共同組成一個(gè)電子開關(guān)。多諧振蕩器輸出的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)雙D觸發(fā)器兩位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在它的兩個(gè)輸出端得到00、01、10、11四種邏輯狀態(tài)。這四個(gè)狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個(gè)數(shù)據(jù)通道選擇信號(hào)，對(duì)應(yīng)從模十六計(jì)數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)選擇器的QA，QB，QC，QD四個(gè)分頻信號(hào)。其作用相當(dāng)于一個(gè)受控的一刀四位的機(jī)

5、械轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)雙D觸發(fā)器輸出為“00”時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出10000000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣一；為“10” 時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器輸出11000000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣二；為“01” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出11110000序列脈沖，為八分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣三；為“11” 時(shí)數(shù)據(jù)選擇器輸出1111111100000000序列脈沖，為十六分頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)花樣四。調(diào)節(jié)開關(guān)電路的CP脈沖產(chǎn)生電路的電阻，可以改變開關(guān)的切換時(shí)間用以選擇每種花樣出現(xiàn)時(shí)間的長(zhǎng)短。數(shù)據(jù)選擇器的輸出端接移位寄存器的輸入端，在時(shí)鐘脈沖的作用下，數(shù)據(jù)在移位寄存器的八位并行輸出端從Q0到Q7順序移動(dòng)。移動(dòng)的八位控制信號(hào)直接控制

6、發(fā)光二極管的亮滅，就出現(xiàn)了八路四花樣自動(dòng)循環(huán)切換的流水彩燈。三、硬件電路設(shè)計(jì)（一）、單元電路設(shè)計(jì)1、時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖,其周期為:T=0.7(R1+2R2)C要用兩個(gè)555產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘脈沖,一個(gè)控制74LS161模十六計(jì)數(shù)器和八位移位寄存器,要能看到彩燈的流動(dòng),其周期設(shè)為1秒左右, 電阻值和電容值可設(shè)為：R1=1K ， R2=51K ， C=0.01F計(jì)算得：T=0.721S另一個(gè)555產(chǎn)生的矩形脈沖控制彩燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,其周期設(shè)為模十六計(jì)數(shù)器的20倍,改變R1、R2的阻值即可，可設(shè)為：R1=1K ， R2=1M ，C=0.01F計(jì)算

7、得：T=14.42S電路圖如圖所示：2、四種碼制產(chǎn)生電路根據(jù)彩燈要實(shí)現(xiàn)的四花樣,可確定移位寄存器輸出的二進(jìn)制碼,即四種碼產(chǎn)生電路要產(chǎn)生的碼，如表4-1所示：表4-1 四種碼花樣狀態(tài)要求周期（位）碼1一亮一滅，從左向右移動(dòng)8100000002兩亮兩滅，從左向右移動(dòng)8110000003四亮四滅，從左向右移動(dòng)8111100004從18從00左到右逐次點(diǎn)亮，然后逐次熄滅 161111111100000000要產(chǎn)生這四種碼，可由十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器接組合邏輯門產(chǎn)生，十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的真值表如表4-2所示：序號(hào)原狀態(tài)S(t)Q4 Q3 Q2 Q1次態(tài)N(t)Q4 Q3 Q2 Q1輸出Z1Z2Z3Z40123456

8、7891011121314150 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 00000000100000001100000011000000111100001111000011111111000000

9、001由表分析得：Z1=Q3Q2Q1 Z2=Q3Q2 Z3=Q3 Z4=Q4所以四種碼產(chǎn)生電路如圖所示：3、彩燈開關(guān)電路要實(shí)現(xiàn)彩燈四花樣的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，就要使四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153循環(huán)地輸出Z1、Z2、Z3、Z4。使雙D觸發(fā)器的輸出端接數(shù)據(jù)選擇器的兩個(gè)地址輸入端，雙D觸發(fā)器能產(chǎn)生00、01、10、11這四鐘循環(huán)的狀態(tài)，從而使選擇器循環(huán)的選擇一種碼輸出，實(shí)現(xiàn)彩燈的四花樣循環(huán)。開關(guān)電路圖如圖所示：令Q1Q2=AB，74LS153數(shù)據(jù)選擇器的功能表如表所示：B（Q2）A（Q1）1Y0110000110Z1Z3Z4Z2Z1由表可知，數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端A、B循環(huán)轉(zhuǎn)變，輸出端1Y循環(huán)選擇四種碼Z1

10、、Z2、Z3、Z4輸出，使彩燈的四花樣自動(dòng)循環(huán)改變。4、彩燈輸出電路輸出電路由八位移位寄存器74LS164、八個(gè)彩燈和八個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻構(gòu)成。寄存器的數(shù)據(jù)輸入端接收開關(guān)電路輸出的四種碼，這四種碼在移位寄存器的八位并行輸出端從QA向QH移動(dòng)，輸出四種彩燈花樣。當(dāng)輸入移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端的碼為10000000時(shí)，清零后在移位脈沖CP的作用下，寄存器數(shù)碼移動(dòng)情況如表所示：CPRiQAQBQCQDQEQFQGQH111000000 02001000000300010000 0400 00100005000001000600000010070000000108000000001由表可看出，輸入碼中的那位高電平

11、“1” 從寄存器的輸出端QA經(jīng)八個(gè)移位脈沖CP作用后逐漸到了QH，使輸出端所連接的彩燈依次點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)了彩燈依次點(diǎn)亮的花樣。當(dāng)輸入另外的三種碼時(shí)，寄存器的數(shù)碼移動(dòng)原理相似。（二）、整體電路圖四、實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析1. 調(diào)試過程中使用的主要儀器：數(shù)字萬用表，直流穩(wěn)壓電源。2. 測(cè)試電路的方法和技巧:先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據(jù)彩燈的變化情況，確定可能的原因，分析是哪個(gè)功能模塊出了問題，用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)誤，直到符合要求為止。3. 調(diào)試過程中出現(xiàn)的主要問題：（1）.在將電路板整體焊接完成之后檢查電路發(fā)現(xiàn)有漏焊的情況，其中一

12、個(gè)IC接地端并沒有接地，在經(jīng)過仔細(xì)檢查后排除故障。（2）.在經(jīng)過第一次上電試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)四花樣彩燈可以出現(xiàn)四種花樣中的花樣一與花樣四，即一亮一滅及從左至右逐次點(diǎn)亮再逐次熄滅的情形，但另外兩種花樣并未出現(xiàn)，且會(huì)出現(xiàn)正常碼制中不會(huì)出現(xiàn)的從左至右兩燈熄滅且依次循環(huán)的情況，且四花樣彩燈的周期并不明顯，顯然受到干擾，仔細(xì)對(duì)照電路圖檢查電路后并未發(fā)現(xiàn)有焊接的問題。（3）.在經(jīng)過仔細(xì)的思考與查閱相關(guān)資料后，將主要原因鎖定在了相互干擾引起噪聲的原因之上，實(shí)驗(yàn)所給出的原理電路雖然簡(jiǎn)單，但該情況為理想狀況之下，而實(shí)際焊接過程中沒有考慮到噪聲的干擾與地線的分布問題造成了信號(hào)部分紊亂，而此時(shí)整體電路已經(jīng)焊成，較簡(jiǎn)單的解決

13、辦法就是增加去耦電容。在實(shí)驗(yàn)過程中，為實(shí)驗(yàn)方便直接將電容焊至電路板的反面以便檢查與更換，再次上電測(cè)試，除去上電開始時(shí)電路不穩(wěn)定外，四花樣能夠依次穩(wěn)定，周期性變換。4.解決方法：將額外安裝的去耦電容轉(zhuǎn)移至電路板的正面以使電路更加規(guī)范，上電測(cè)試正常完成指定花樣的循環(huán)，待電源穩(wěn)定后再次進(jìn)行的測(cè)試沒有再出現(xiàn)花樣紊亂的情況。五、設(shè)計(jì)小結(jié)通過兩周的課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)電子工藝的理論有了更深的了解。其中包括焊普通元件與電路元件的技巧、穩(wěn)壓電源的工作原理等等。這些知識(shí)不僅在專業(yè)領(lǐng)域里上有效，在日常生活中更是有著現(xiàn)實(shí)意義，也對(duì)自己的動(dòng)手能力是個(gè)很大的鍛煉。在實(shí)驗(yàn)中，我們鍛煉了自己動(dòng)手能力，提高了自己解決問題的能力。

14、通過本次實(shí)踐也培養(yǎng)了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高了分析問題和解決問題焊接技術(shù)，能夠獨(dú)立的完成簡(jiǎn)單電子產(chǎn)品的安裝與焊接基本熟悉了電子產(chǎn)品的安裝工藝的生產(chǎn)流程，了解了電子產(chǎn)品的焊接、調(diào)試方法。本次課程設(shè)計(jì)過程，提高了我們的動(dòng)手能力，制作本次花樣彩燈的過程明顯比之前課程設(shè)計(jì)熟練，焊接形成的焊點(diǎn)也更加牢靠與美觀，在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的最大的問題是線路的排布問題，由于前期在焊電路時(shí)沒有充分考慮到排線對(duì)電路產(chǎn)生的干擾，導(dǎo)致電路焊接完成，且檢查多次沒有發(fā)現(xiàn)焊接方面的錯(cuò)誤的情況下不能正常產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果而會(huì)出現(xiàn)部分亂碼的情況。最終在電路原有基礎(chǔ)上增加濾波電容與去耦電容之后，電路可以正常工作。這次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是完成四花樣

15、彩燈控制器，實(shí)驗(yàn)使用5V直流電源本計(jì)劃用220V交流電通過變壓器及整流濾波等過程實(shí)現(xiàn)，考慮到測(cè)試的簡(jiǎn)便性，用三節(jié)1.5V干電池串聯(lián)代替。在往后的學(xué)習(xí)與電路制作提供了很好的經(jīng)驗(yàn)，在電路的制作中，布線起著至關(guān)重要的作用，不可忽視。布線出現(xiàn)的問題可能導(dǎo)致電路完全不能正常工作，往后的制作應(yīng)多加注意。本次課程設(shè)計(jì)過程很好的將書本知識(shí)與實(shí)際結(jié)合起來，現(xiàn)實(shí)中電路制作往往不是理想情況，應(yīng)盡量減少部分與部分之間的干擾。通過本次實(shí)驗(yàn)，我們也對(duì)所用芯片有了更深一步的了解，鞏固與加深了所學(xué)的知識(shí)。雖然，在這次課程設(shè)計(jì)中，我們遇到了不少的問題。但是還是通過一步步的分析、調(diào)試，找出了問題的所在，并逐個(gè)解決。更重要的是，通過這次課程設(shè)計(jì)，我們更加深刻地體會(huì)懂到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。團(tuán)隊(duì)合作，使我們不同的方面可以有所互補(bǔ)。我們?cè)陔娮臃矫鎸W(xué)到的只是很小的一部分知識(shí)使我們?cè)诓煌姆矫婵梢赃@次的制作也讓我們感受到，我們需要更多的時(shí)間來自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。六、附錄元件清單種類元件個(gè)數(shù)單價(jià)芯片74LS16174LS15374LS7474LS16474LS0474LS085551 1