西安郵電學院
數字邏輯設計報告書
——多路彩燈控制器
1、 課程設計題目及目的
(1)題目：多路彩燈控制器
(2)試驗目的：
1．進一步掌握數位電路課程所學的理論知識。
2．熟悉幾種常用整合數字晶元的功能和應用，並掌握其工作原理，進一步學會使用其進行電路設計。
3．了解數字系統設計的基本思想和方法，學會科學分析和解決問題。
4．培養認真嚴謹的工作作風和實事求是的工作態度。
5．數點課程實驗是大學中為我們提供的唯一一次動手實踐的機會，增強動手實踐的能力。
二、 任務和要求
彩燈控制器可以自動控制多路彩燈按不同的節拍迴圈顯示各種燈光變換花型。彩燈控制器是以高低電平來控制彩燈的亮滅。實現彩燈控制可以採用eprom程式設計、ram程式設計、可程式設計邏輯器件、微控制器等實現。
在彩燈路數較少，花型變換比較簡時，也可用移位暫存器實現。在實際應用場合彩燈可能是功率較大的發光器件，需要加以一定的驅動電路。本課題用發光二極體led模擬彩燈，可以不用驅動。
現要求設計乙個8路移存型彩燈控制器，彩燈用發光二極體led模擬，具體要求如下：
1.能演示三種花型，花型自擬。
2.選做：彩燈明暗變換節拍為1.0s和0.5s，兩種節拍交替執行。
三總體方案的選擇
根據題目的任務、要求和效能指標，經過分析與思考，得出以下方案：
整體電路分為四個模組：第乙個模組實現節拍的發生；第二個模組實現快慢兩種節拍的控制；第三個模組實現花型的控制；第四個模組實現花型的顯示。
主體框圖如下：
在本方案中，各單元電路只實現一種功能。其優點在於：電路設計模組化且各模組功能明確，易於檢查電路，對後面的電路組裝及電路除錯帶來方便。
缺點是：由於設計思想比較簡單，元件種類使用少，花型複雜一些就會導致中間單元電路連線過多而易出錯。
四單元電路的設計
1.設計所使用的元件及工具：
74ls161（四位二進位制同步計數器2個；
74ls194（雙向移位暫存器2個；
74ls151（八選一資料選擇器1個；
74ls74（雙上公升沿d觸發器1個；
74ls00（四—二輸入與非門3個；
74ls04（六—非門1個；
發光二極體8個；
5551個；
電容： 4.7μf1個；
0．01μf1個；
電阻： 150k1個；
4.7k1個；
1004個；
麵包板乙個；
萬用表乙個；
鉗子乙個；
導線若干。
2.各個單元電路的具體實現
1）節拍部分
（1）節拍發生電路
考慮到節拍是整個電路功能實現的基礎及其他模組進行除錯的必需條件，故首先實現節拍發生模組。0.5s節拍選用由555及相關器件構成的多諧振盪器電路實現。
由於輸出波形中低電平的持續時間，即電容放電時間為
低電平的持續時間，即電容放電時間為
因此電路輸出矩形脈衝的週期為
輸出矩形脈衝的占空比為
當時，占空比近似為50%。
故綜合考慮，
電容取：4.7μf 0.01μf
電阻取： =150 kω 4.7 kω
電路圖如下：
（2）節拍控制電路
由於（1）中已實現0.5s節拍，故使用74ls74（雙上公升沿觸發器）將其二分頻產生1.0s節拍。
再通過控制74ls151（八選一資料選擇器）的a為0或1選擇y端輸出的脈衝的頻率來控制這兩種接拍的交替輸出。因此該模組由一片74ls151和一片74ls74級聯實現。整體上實現脈衝頻率的變換，即交替產生快慢節拍。
令74ls74的vcc，clr，pr都接高電平，將^q的輸出接到d端，q端的輸出接到74ls151的d1端。令74ls151的d0,d2,d3,d4,d5,d6,d7,b,c, ^g,gnd接低電平，vcc接高電平，d0接0.5s節拍訊號即555的輸出vo，a端接由花型控制電路的cf輸出（這一端子的輸入需結合後續模組決定）。
由此實現了0.5s和1.0s快慢兩種節拍的控制。
電路圖如右：
2）花型部分
首先設計花型如下：
花型1：整體分為兩部分從第1路和第5從左至右漸亮，全亮後，再分兩半從左至右漸滅。迴圈兩次；
花型2：從中間兩路開始，同時向兩邊依次漸亮，全亮後再由中間到兩邊依次漸滅。
花型3：從左至右順次漸亮。全亮後逆序漸滅。迴圈兩次。
花型的實現由2片74ls194來實現，狀態轉移圖如下（設兩片74ls194的輸出依次為q1~q8）:
花型一：
花型二：
花型三：
（1）花型顯示電路
每個花型完整顯示一遍，所以三種花型完全顯示一遍需要的總結拍數為32，即1~8顯示第乙個花型，8~16顯示第二個花型，17~32顯示第三個花型。
要用194實現三個花型的連續顯示必須對兩片194的s1、s0和sl、sr一句節拍的變化進行相應的改變。現將兩片194分為低位片1和高位片2，再將其輸出端從低位到高位記為q1~q8。列出各花型和其對應的194的s1、s0、sl、sr的輸入訊號及節拍控制訊號列表如下：
(用^qi表示qi的取非)
經過分析可以得到控制194高低位片的左移右移變化的控制量。用ca~ch表示161從低位到高位的個輸出端。
控制結果表示式如下：
（2）花型控制電路
將二片161級聯成為模64（三種花型在兩種節拍下各顯示一遍）的計數器。
161的級聯用的是同步，並用^cg清零。
由於花型控制模組和顯示模組之間的連線較為複雜，故在乙個圖中顯示，如下：
五、 總體電路圖
六、 電路組裝完成後，實際測量的各個單元電路的輸入、輸出訊號波形
1．基本cp脈衝產生電路波形圖與分頻電路波形圖
2. 測試波形: (列依次為cp脈衝,低位片194a,b,c,d,高位片194a,b,c,d)
花型一：
花型二：
花型三：
七、 電路組裝、除錯過程中發生的問題及解決的方法。
實驗的每一天都有所收穫，都有所進步。我花了很久的時間來設計電路：首先再次熟悉相關器件的功能、用法，又參照了一些書籍、材料，然後一步步地走，一點點地完善，最終完成屬於自己的第一階段成果。
在連線時，因為對原理及連線都很熟悉，所以連線階段並沒有花費過多的時間。但是加電後led二極體亮的沒有一點規律，檢查原理圖沒什麼問題，我只能一條導線一條導線地標記，乙個端子乙個端子地排查，最後發現是兩個與非門間的連線弄錯了。
其實在電路組裝過程中，遇到的最大問題是，晶元分布不夠合理，無法很好的佈線。於是在分析了我的設計後計算了要用晶元的個數和個晶元之間的關係，按照各個控制電路的走向較合理的插好了晶元。其次就是佈線，因為要求不准交叉，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，我用心考慮，盡力做到我認為很合理的佈線。
八、 分析和總結。
這次課程設計對於我來說收穫很大。通過本次實驗，我認識到了實踐的重要，也提高了我的實際動手能力。我們要學會把理論聯絡實際，而這次課程設計就是乙個很好的機會，不僅能提高我們的理論知識，而且也培養了我們的實際動手能力。
儘管在中間遇到很多問題，我的設計最後在老師的檢查下發現了自己存在的問題，是因為自己想的太簡單，沒有認真思考。但是經過老師的指導和同學的幫助，使得這次實驗能順利完成，而且在討論中我們也學到了很多知識，而且也對也前的知識做了乙個很好的回顧。
在這次實驗中，我體會到在進行乙個綜合性的硬體設計時，要全面考慮問題，比如想用其他訊號來控制乙個訊號，就要考慮到和這個訊號直接或間接關係的訊號，必須是最重要相關的訊號，然後用真值表來解決他們的關係，通過閘電路來實現。下來就是在實際動手連線電路時的問題，由於種種客觀方面的原因，導致理想和現實相差太遠，輸入電路不可以懸空，懸空並不是高電平，晶元上有接電源和接地的懸空是高電平，但這個高電平並不是，有時候它不是怎麼高，這樣地話，就會對後面地時序電路產生影響
在通過這兩個禮拜的設計實習，讓我真正理解了書本上知識，也讓我知道我們課本上的知識在實際中怎麼應用，理論聯絡實踐，相互關係。通過此次設計，我對理論知識的學習有了很大的興趣，現在我可以主動的去學習，我明白自己該學習那個方面，重點是什麼。我也掌握的了在理論中遇到問題，應該怎樣去解決，在實際中遇到迷團應該怎樣去檢查除錯。
最後，我非常感謝每天一直在實驗室指到我們的老師。因為是他們使我在這次設計中受益非淺。
九、 參考文獻。
《數位電路邏輯設計》 高等教育出版社王毓銀編
西安郵電學院數字邏輯設計成績鑑定表
彩燈控制數電實驗報告
數字電子技術課程設計報告 題目專業 班級 學號 姓名 指導教師 設計日期 一 設計目的作用1 二 設計要求1 三 設計的具體實現1 四 總結10 五 附錄11 六 參考文獻12 彩燈控制電路 一.設計目的作用 隨著人們生活環境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓燈。由於其豐富的燈光色彩，低廉的...
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