四路彩燈顯示系統(tǒng)

1、課程設(shè)計名稱：電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計 題 目：四路彩燈控器邏輯電路設(shè)計 學 期：2016-2017學 年 第 2學 期 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自中職15-1 姓 名： 姚壯 學 號： 1526560128 指 導 教 師： 曹媛 課 程 設(shè) 計 成 績 評 定評定標準評定指標評定標準該項成績畢業(yè)要求指標點2.3正確使用文獻分析復雜電氣工程問題，并獲得有效結(jié)論參數(shù)計算及單元電路的正確性設(shè)計內(nèi)容的合理性結(jié)果評價畢業(yè)要求指標3.3掌握電氣工程領(lǐng)域的基本創(chuàng)新方法，在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識設(shè)計方案的可行性設(shè)計的創(chuàng)新性創(chuàng)新意識畢業(yè)要求指標：4.3能夠選擇與使用恰當?shù)默F(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具

2、，解決包括預測與模擬在內(nèi)的復雜電氣工程問題，并能夠理解其局限性。仿真或?qū)嶒烌炞C技術(shù)指標或性能結(jié)果的正確性畢業(yè)要求指標：6.3理解工程倫理的核心理念，了解電氣工程師的職業(yè)性質(zhì)和責任，在工程實踐中能自覺遵守職業(yè)道德和規(guī)范，具有法律意識設(shè)計態(tài)度與進度設(shè)計報告圖表設(shè)計內(nèi)容與文字表達設(shè)計報告格式與完整性總得分標準說明：以上13個評定標準，每個評定標準5分，總分65分。得分40分以上視為總成績合格?？偝煽?nèi)掌?017年 月 日摘要 彩燈是我們都熟悉的，簡單的一種電路，利用了一種循環(huán)方式點亮彩燈就是運用邏輯的知識連接成一款彩燈，只要了解幾種集成電路便可輕松明白它的原理。循環(huán)彩燈的電路很多，循環(huán)方式更是多種多

3、樣。通過幾種方案對比選出了下面這一種循環(huán)電路設(shè)計。本次課程設(shè)計通過555定時器、74LS161計時器、74LS194移位寄存器以及其它門電路實現(xiàn)一個四路彩燈控制器，通過這個控制器可以實現(xiàn)燈的不同顯示。其目的在于進一步熟悉數(shù)字邏輯電路、脈沖電路的設(shè)計方法及相關(guān)數(shù)字芯片的功能和使用方法。最后通過完成這個設(shè)計可以讓我們加深對電子電路的理解。關(guān)鍵詞：555多諧振蕩電路；74LS163計數(shù)器；74LS194移位寄存器；門電路遼寧工程技術(shù)大學電子技術(shù)課程設(shè)計目錄綜述.11 方案設(shè)計與分析.21.1 方案一.21.2方案二.21.3方案論證.32電路設(shè)計框圖及功能描述.32.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計.

4、33電路原理設(shè)計及參數(shù)計算.6 3.1秒脈沖電路.63.2模12計數(shù)器74LS163設(shè)計. .73.3通用移位寄存器74LS194控制四個彩燈.74仿真調(diào)試.84.1電路實驗仿真和測試環(huán)境.84.2電路實驗仿真和測試結(jié)果.84.3系統(tǒng)指標參數(shù)測試結(jié)果.114.4系統(tǒng)指標參數(shù)仿真結(jié)果.125結(jié)論.136課程設(shè)計心得體會.13參考文獻.15遼寧工程技術(shù)大學電子技術(shù)課程設(shè)計課程設(shè)計任務書一、設(shè)計題目四路彩燈控制器邏輯電路設(shè)計二、設(shè)計任務設(shè)計一個四路彩燈控制器，要求：1四路彩燈從左向右逐次漸亮，間隔為1秒。2四路彩燈從右向左逐次漸滅，間隔為1秒。3四路彩燈同時點亮，時間間隔為0.5秒，然后同時變暗，時

5、間為0.5秒，反復4次。三、設(shè)計計劃電子技術(shù)課程設(shè)計共1周。第1天：查找相關(guān)資料；第2天：確定總體方案；第3天：器件選擇；第4天：設(shè)計硬件電路；第5天：電路仿真；第6天：整理報告。四、設(shè)計要求1方案論證(至少提出兩種設(shè)計方案,比較分析,擇優(yōu)選取)。2確定原理方框圖。3元器件選擇。4畫出整個系統(tǒng)電路原理圖,說明工作原理。5對所設(shè)計的電路進行仿真。6心得體會。指 導 教師：曹媛 時 間：2017 年6 月20 日綜述 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市之間的燈光系統(tǒng)花樣越來越多，用中規(guī)模集成電路設(shè)計并制作一個四路彩燈顯示系統(tǒng)，可用于節(jié)日慶典，醫(yī)院病房等多處地方，同用單片機控制相比，它具有準確，不易受外界干擾出錯

6、，因而得到了廣泛的應用。小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮淤R卡，大到賓館、醫(yī)院等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。雖然只是小小的彩燈，但是卻在人類生活中發(fā)揮著巨大的作用，需要燈光的地方就需要用它，需要自動控制的地方也需要用它，今天我的題目就是圍繞它制作一個簡易的循環(huán)電路。1遼寧工程技術(shù)大學電子技術(shù)課程設(shè)計1 方案設(shè)計與分析1.1 方案一采用數(shù)字芯片門電路組合實現(xiàn)四路彩燈顯示系統(tǒng)。實現(xiàn)本系統(tǒng)，需要555多諧振蕩時鐘脈沖產(chǎn)生電路，循環(huán)控制電路和彩燈輸出電路。中規(guī)模數(shù)字芯片的組合方式有多種，本設(shè)計決定555時鐘脈沖產(chǎn)生電路,74163實現(xiàn)分頻和循環(huán)控制，彩燈輸出由74ls194和與門或門等邏輯門實現(xiàn)的。LED顯示電路

7、74ls194移位寄存器彩燈輸出顯示控制電路555多諧振蕩產(chǎn)生脈沖74ls163 模12計數(shù)器圖1-1 數(shù)字芯片框圖1.2方案二 采用單片機制電路為主實現(xiàn)四路彩燈顯示。 51單片機 運用C語言編程，然后編譯，通過單片機內(nèi)部實現(xiàn)四路彩燈的顯示，編譯成功后通過下載機下載至芯片，然后連接即可實現(xiàn)預先功能。 四路LED燈圖2-2 單片機框圖1.3方案論證 1)方案一優(yōu)點：不用編程，不用編譯只要正確連接線路，元器件參數(shù)選擇合適就能正常工作。缺點：必須掌握所有芯片的引腳功能及作用，并且連線較為復雜。 2)方案二優(yōu)點：連接線路較少簡單，可以實現(xiàn)的功能更多，擴展性強。缺點：編程較為麻煩，容易出錯，不利于理解底

8、層電路的連接和實現(xiàn)其功能。同時用單片機控制不宜體現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)運用實踐的能力。 3）方案選擇本學期我們學習了數(shù)字電子技術(shù)，很多概念模糊不清，盡管已經(jīng)學習了單片機編程技術(shù)，但是為了打好基礎(chǔ)，學好基礎(chǔ)電子技術(shù)課程，我決定選擇方案一。2電路設(shè)計框圖及功能描述2.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計 本系統(tǒng)主要分為三個單元模塊，它們分別是：555多諧振蕩秒脈沖電路、模12計數(shù)器74LS163設(shè)計、和移位寄存器74LS194控制顯示電路。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。2.1.1 555定時器構(gòu)成秒脈沖電路設(shè)計 用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,對于彩燈控制器，我們

9、需要1Hz占空比為50%的方波信號，設(shè)計電路圖如下：圖2-1-1 555芯片原圖 它的各個引腳功能如下：1腳：，一般情況下接地。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5-16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3-18V。一般用5V。3腳：輸出端Vo2腳：低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連

10、，用做定時器時電容的放電。2.1.2模12計數(shù)器74ls163設(shè)計模12計數(shù)器74163起節(jié)拍產(chǎn)生和控制作用，每4s一個節(jié)拍，3個節(jié)拍共12s后反復循環(huán)。設(shè)計電路圖如下：圖2-1-2 74163模12 管腳圖介紹：時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端為A-D清零CLR使能ENP，ENT置數(shù)LOAD數(shù)據(jù)輸出端QAQD以及進位輸出RCO74LS163可直接用作模2、4、8、16計數(shù)器，采用復位法或置位法可以用它實現(xiàn)任意模(M)計數(shù)器，彩燈控制器中的設(shè)計是實現(xiàn)模12計數(shù)器。2.1.3通用移位寄存器74LS194控制四個彩燈 移位寄存器是指所存的代碼能在移位脈沖的作用下依次位移的寄存器，它是一種可以用二進制形式保

11、存數(shù)據(jù)的雙穩(wěn)器件。即能左移又能右移的寄存器稱為雙向移位寄存器。74LS194引腳圖如下：圖2-1-3 74194表2-2 74194功能表功能輸入輸出清除送數(shù)右移左移保持保持CP CR S1 S0 SR SL A B C DX 0 X X X X X X X X 1 1 1 X X A B C D 1 0 1 DSR X X X X X 1 1 0 X DSL X X X X 1 0 0 X X X X X X 1 X X X X X X X XQA QB QC QD0 0 0 0A B C DDSR QA QB QCQB QC QD DSLQAN QBN QCN QDNQAN QBN QCN

12、 QDN3電路原理設(shè)計及參數(shù)計算3.1秒脈沖電路 由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器； 由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。555定時器的管腳圖如圖3.1所示。由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小。所以由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。因此采用此方案。用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,其周期為:T=0.7（R1+2R2）C (3.1)控制74LS161模12計數(shù)器電阻值和電容值可設(shè)為：R1=4.2K，R2=10K，R3=10K，C=47F由公式（1-1）計算得

13、：T1.13.2模12計數(shù)器74LS163設(shè)計 由一個74LS163、一個與門和一個與非門組成，這圖用的是反饋置數(shù)法，當輸出端QD,QC,QB,QA為1011時，LOAD端接收到低電平0，此時74LS163輸出端就重新回到了0000狀態(tài)。當然還可以用反饋清零法，既是將與非門的輸出端接在CLR端口，輸出端QD,QC,QB,QA為1011時，將CLR置零，輸出端為0000。這樣一次循環(huán)就完成。圖3-2計數(shù)器工作圖3.3通用移位寄存器74LS194控制四個彩燈 在第一節(jié)拍中，S1S0=01，74194實現(xiàn)右移功能，即在時鐘脈沖作用下，把DSR=1逐次移進；在第二節(jié)拍中，S1S0=10，74194實現(xiàn)

14、左移功能，即在時鐘脈沖作用下，把DSR=0逐次反方向移進。圖3-3 74ls194控制彩燈3.4 555定時器 555定時器電路是一種中規(guī)模集成定時器，目前應用十分廣泛。通常只需外接幾個阻容元件,就可以構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路,如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及施密特觸發(fā)器等。555定時電路有TTL集成定時電路和CMOS集成定時電路,它們的邏輯功能與外引線都完全相同。4仿真調(diào)試4.1電路實驗仿真和測試環(huán)境 本次設(shè)計采用Multisim軟件作為硬件的仿真平臺，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到

15、單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。4.2電路實驗仿真和測試結(jié)果4.2.1555構(gòu)成秒脈沖電路 示波器顯示頻率為1Hz占空比為50%的方波信號，頻率計顯示1Hz，如下圖圖4-2-1脈沖波形4.2.274ls163構(gòu)成模12計數(shù)器 采用74ls163用反饋置數(shù)法，構(gòu)成模12計數(shù)器，從而實現(xiàn)4s一個節(jié)拍，電路仿真圖如下：圖4-2-2 模十二計數(shù)器接線圖4.2.3移位寄存器及彩燈顯示電路 經(jīng)仿真測試，發(fā)現(xiàn)四個彩燈都能按照正常的程序運行，符合設(shè)計要求，截取部分結(jié)果如下：圖5-2-3移位寄存器接線圖4.2.4 總電路 前面三個電路組合在一起就組裝成了總電路，仿真結(jié)

16、果良好。圖5-2-4 四路彩燈4.3系統(tǒng)指標參數(shù)測試結(jié)果 用四個發(fā)光二極管來替代四個彩燈，設(shè)依次為QAQB QC QD設(shè)“1”表示燈亮，“0”表示燈滅，列出狀態(tài)結(jié)果表。表4-3四路彩燈輸出顯示說明 輸出 所用時間QA QB QC QD開機初態(tài) 0 0 0 0 0第1節(jié) 拍逐次漸亮 1 0 0 0 1S 1 1 0 0 1S 1 1 1 0 1S 1 1 1 1 1S第二節(jié)拍逆序漸滅 1 1 1 0 1S 1 1 0 0 1S 1 0 0 0 1S 0 0 0 0 1S第三節(jié)拍同時 1 1 1 1 0.5S亮0.5秒滅0.5秒 0 0 0 0 0.5S 1 1 1 1 0.5S 0 0 0 0

17、0.5S 1 1 1 1 0.5S 0 0 0 0 0.5S 1 1 1 1 0.5S 0 0 0 0 0.5S4.4仿真結(jié)果圖4-4仿真結(jié)果5 結(jié)論 由上表可知，模12計數(shù)器作為分頻器，起節(jié)拍產(chǎn)生和控制作用，每4s一個節(jié)拍，3個節(jié)拍共12s后反復循環(huán)。要實現(xiàn)模12計數(shù)器的話用74LS163。一個節(jié)拍結(jié)束后應產(chǎn)生一個信號到節(jié)拍程序執(zhí)行器，完成彩燈漸亮、漸滅、同時亮、同時滅等功能。 至于控制發(fā)光二級管的狀態(tài)可以用通用移位寄存器74LS194，因為它具有禁止、右移、左移和并行置數(shù)四種功能，所以74LS194能實現(xiàn)第一、二、三節(jié)拍的功能。它具有四個并行輸入端A、B、C、D和與之對應的四個并行輸出QA

18、,QB,QC,QD，右移輸入端SR，左移輸入端SL和模式控制輸入端S1，S0，以及一個無條件直接清除端CLR。當S1S0=01（右移），S1S0=10（左移），S1S0=11（并行置數(shù)）。脈沖源采用秒脈沖發(fā)生器，用以提供頻率為1Hz的時鐘信號。6課程設(shè)計體會 通過一周的課程設(shè)計，我的彩燈控制器終于完成了。當完成這次課程設(shè)計后，感覺很有成就感，因為從電路設(shè)計到電路仿真，接線，測試都是自己獨立完成。第一次真正體會到將所學知識運用到實踐中的快樂，最終得到了完美的結(jié)果，但是最重要的是經(jīng)歷一次如此難忘的過程。 在期間，我遇到過太多多困難，它們反映了我的平時學習的基本情況。對于數(shù)字電子技術(shù)，我對一些寄存器，計數(shù)器，鎖存器及各種時序邏輯電路的運用掌握不牢靠，很多的基本概念都弄不清，于是，我在設(shè)計過程中，去圖書館查閱相關(guān)書籍，并且在互聯(lián)網(wǎng)上查閱了大量的資料，對模糊的問題，我一定會弄明白的，一點點的積累讓我熟悉了很多74系列的數(shù)字芯片的用法，學會了設(shè)計數(shù)，移位，555定時器的應用電路，學會了怎樣連接反饋置數(shù)法和反饋清零法，同時用了很多基本數(shù)字門電路，又鞏固復習了我的數(shù)電基礎(chǔ)知