1、鄭州科技(kj)學院數字電子(dinz)技術課程設計題 目 彩燈(ci dn)控制器 學生姓名 王明亮 專業班級 電氣工程及其自動化（二）班 學 號 201247057 院 （系） 電氣工程學院 指導教師 王繼紅 完成時間 2014 年 5 月 17 日 目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc25118 緒論(xln) PAGEREF _Toc25118 1 HYPERLINK l _Toc31397 1 設計(shj)的目的3 HYPERLINK l _Toc32760 2 設計(shj)的任務與要求 PAGEREF _Toc32760 3 HYPERLINK l

2、 _Toc7676 2.1 設計的任務 PAGEREF _Toc7676 3 HYPERLINK l _Toc10734 2.2設計的要求 PAGEREF _Toc10734 3 HYPERLINK l _Toc17484 3 設計方案與論證 PAGEREF _Toc17484 4 HYPERLINK l _Toc10755 3.1方案一 PAGEREF _Toc10755 4 HYPERLINK l _Toc19483 3.2 方案二 PAGEREF _Toc19483 4 HYPERLINK l _Toc22281 4 設計原理及技術指標 PAGEREF _Toc22281 5 HYPER

3、LINK l _Toc25036 4.1 設計原理 PAGEREF _Toc25036 5 HYPERLINK l _Toc331 4.2 技術指標 PAGEREF _Toc331 6 HYPERLINK l _Toc23595 5 單元電路的設計 PAGEREF _Toc23595 6 HYPERLINK l _Toc30052 5.1 時鐘電路 PAGEREF _Toc30052 7 HYPERLINK l _Toc27227 5.2 74LS194模塊 PAGEREF _Toc27227 8 HYPERLINK l _Toc20222 5.3 主控制器模塊(m kui) PAGEREF

4、_Toc20222 9 HYPERLINK l _Toc1581 5.4 顯示(xinsh)模塊 PAGEREF _Toc1581 9 HYPERLINK l _Toc25163 6 硬件(yn jin)的制作與調試 PAGEREF _Toc25163 9 HYPERLINK l _Toc30243 7 數字電子技術的展望 PAGEREF _Toc30243 10 HYPERLINK l _Toc31344 8 總結 PAGEREF _Toc31344 11 HYPERLINK l _Toc17591 附錄一：總體電路原理圖 PAGEREF _Toc17591 13 HYPERLINK l _

5、Toc23624 附錄二：元器件清單 PAGEREF _Toc23624 14 HYPERLINK l _Toc32406 參考文獻： PAGEREF _Toc32406 15 緒論(xln) 從一般(ybn)的模擬信號到數字信號，要經過采樣、量化、編碼，最終一個連續的模擬信號波形就變成了一串離散的、只有高低電平之分“0 1 0 1.”變化的數字信號。自然界來的，或者通過傳感器轉化的主要是模擬信號，那么為什么要多此一舉(du c y j)把它們變為數字信號呢?原因有以下幾點：一、模擬信號有無窮多種可能的波形，同一個波形稍微變化就成了另一種波形，而數字信號只有兩種波形(高電平和低平)，這就為信號

6、的接收與處理提供了方便。二、模擬信號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，集成電路難免有零點漂移)。而數字電路中有限的波形種類保證了它具有極強的抗干擾性，受擾動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)恢復出來，從而保證了極高的準確性和可信性，而且基于門電路集成芯片所組成的數字電路也簡單可靠、維護調度方便，很適合于信息的處理。 電子技術是根據電子學的原理，運用電子器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學，包括信息電子技術和電力電子技術兩大分支。信息電子技術包括 Analo

7、g (模擬) 電子技術和 Digital (數字) 電子技術。電子技術是對電子信號進行處理的技術，處理的方式主要有：信號的發生、放大、濾波、轉換。本實驗的設計的彩燈控制器的是八位彩燈控制器，里面用到了555定時器、74LS160、74LS194等計數器，很好的介紹了數字電子技術的實際應用原理。1 設計的目的(1) 了解(lioji)八路彩燈控制器的工作原理(2) 學會將一個實際(shj)情況抽象為邏輯電路的邏輯狀態的方法(3) 掌握獨立電源設計(shj)方法及原理(4) 掌握實際輸出電路不同要求的方法(5) 掌握電路板的實物焊接2 設計的任務與要求2.1 設計的任務八路彩燈系統，該系統實現以下

8、功能：（1）八路彩燈從左到右，間隔為一秒；（2）八路彩燈同時亮，時間為0.5秒，然后同時變暗，時間間隔為0.5秒，反復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設計的要求（1）確定總體設計方案畫出總方框圖，確定各單元電路的功能，進行單元電路的設計，畫出邏輯電路圖。（2）選擇元器件型號。（3）畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗電路上組裝電路。（4）進行電路的仿真和調試，使其達到預期要求。3 設計方案與論證 彩燈是一束束用導線連接起來的并聯燈泡，當電源接通后，彩燈就會工作，但里面可能是由編程或非編程的電路控制燈泡運行的。譬如實現音樂彩燈、閃爍、循環、時控等功能。數列的產生可以通過計

9、數器和邏輯門實現，而循環則需要用到時控電路控制，如觸發器等，而最后可以用邏輯門把幾個(j )輸出接到同一個數碼管。3.1方案(fng n)一設計(shj)一個有八個LED燈輸出花樣的控制電路，其中有三個LED燈受74LS194芯片控制，4個LED燈受74LS160芯片控制，最后一個LED燈由倆片74l S 160芯片組成的二十三進制計數器的進位控制。從第十個脈沖開始第一片74LS160的Q0端變成高電平。此時74LS194開始移位。通過對電源的通斷來控制復位。另外三個主要芯片統一由一個時鐘芯片來控制。進而達到同步工作。最后加上一個非門和一個與非門等完成八路彩燈控制器的設計，進而實現了八路LE

10、D的輸出。并且該控制器共有32種變化的花樣。 3.2 方案二有設計要求出發，三個彩燈的三個節拍可以用寄存74LS194實現，通過S0和S1實現右移、左移和送數，通過控制CLR控制清零。第一拍為1右移，第二節拍為0左移，第三節拍全亮為置數1，全滅為清零。由于程序循環一次要20秒，故需要一個20進制的計數器控制循環。第三節拍時要求1秒內全滅全亮各一次，故脈沖信號頻率比先前兩節拍時脈沖頻率要快一倍，而且要以相同頻率控制CLR。可以用一個16進制計數器產生的脈沖信號，一路送到控制20進制的計數器，一路經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，電路相對不太麻煩，我們選擇方案一。

11、4 設計(shj)原理及技術指標八路LED輸出并產生花樣組成20進制計數器4.1 設計(shj)原理74ls19474ls16074ls160555時鐘芯片產生脈沖圖4-1 設計(shj)原理圖設計一個有八個LED燈輸出花樣的控制電路，其中有三個LED燈受74LS194芯片控制，4個LED燈受74LS160芯片控制，最后一個LED燈由倆片74l S 160芯片組成的二十三進制計數器的進位控制。從第十個脈沖開始第一片74LS160的Q0端變成高電平。此時74LS194開始移位。通過對電源的通斷來控制復位。另外三個主要芯片統一由一個時鐘芯片來控制。進而達到同步工作。最后加上一個非門和一個與非門等完

12、成八路彩燈控制器的設計，進而實現了八路LE D的輸出。并且該控制器共有32種變化的花樣。 4.2 技術指標設計一個有八個LED燈輸出花樣的控制器電路，其中有三個LED等受74ls194芯片的控制，4個LED燈受74ls160芯片的控制，最后一個LED由兩片74ls160芯片組成的二十三進制技術器的今晚i額來控制。從第十個時鐘，脈沖開始第一片74ls160的QQ端變成高電平。此時74ls194開始移位。通過對電源的通斷來控制復位。另外三個與非門等完成了八路花樣等控制器的設計。進而實現了八路LED的輸出。并且該控制器共有32中變化的花樣。5 單元電路(dinl)的設計 我們設計的八路花樣彩燈控制器

13、共分為四大模塊。他們分別是時鐘(shzhng)電路模塊、74LS194移位(y wi)寄存器模塊、主控制模塊（由兩片74LS160組成）、顯示模塊（8個LED燈）5.1 時鐘電路圖5-1 555定時器如圖所示是用555定時器構成的多諧振蕩器，其分析如下：啟動Multisim 11程序，我們從混合器材庫中的定時器件中取出555定時器，從工具欄中找出電阻R、電容C、底線及電源VDD信號。將555定時器結成多諧振蕩器，用示波器中的時間線進行測量，得到的波形的周期T=92.13ms。根據理論分析，這個計算公式為T=T1+T2=(R1+2R2)C1ln2。將電路參數帶入電路振蕩周期公式計算得到，T=T1

14、+T2=（R1+2R2）C192ms由此得出分析(fnx)結果與理論值基本完全符合。切555定時器輸出(shch)的是方波，當LED燈放在3,5引腳時可以(ky)發現LED燈會有規律的閃爍。5.2 74LS194模塊 在數字電路中，用來存放二進制數據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。移位寄存器中的數據可以在移位脈沖作用下一次逐位右移或左移，數據既可以并行輸入、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；S

15、0、S1：操作模式控制端；：為直接無條件清零端；SR：右移串行輸入端SL：左移串行輸入端；CP：時鐘脈沖輸入端；5. 3 主控制器模塊(m kui)主控制器模塊(m kui)由兩個74LS160組成(z chn)，74LS160為可預制的十進制同步計數器。160的清除端是異步的。當清除端/MR為低電平時，不管時鐘端CP狀態如何，即可完成清除功能。160的預置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數據輸出端P0-P3一致。160的計數器是同步的，靠CP同時加上四個觸發器上而實現的。當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時加載四個觸發器

16、上而實現的。當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異位計數器中出現的計數尖峰的CEP、CET跳變與CP無關。160有超前近衛功能。當技術溢出時，進行輸出端輸出一個高電平脈沖，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位同步計數器。5.4 顯示模塊有八個發光二極管LED燈構成，共有32種不同的變化方式。6 硬件的制作與調試根據仿真成功的電路圖，進行電路的組裝和拍板，先把元器件按照規律排放在電路板上面，確認無誤后開始電路的焊接，先連接555定時器的那段的電路，這樣可以減少連接電路時造成的出錯，電路連接耗費了一天半的時間，由于電路需要連接的導線多

17、，為了一次能夠成功，選擇穩穩地連接，待電路連接成功后，我們開始接入電源。接入電源后發現只有一個LED燈亮或者是兩個燈亮，沒有彩燈的變化及計數和移位，由此，利用多用電表來進行電路的檢查和調試，發現沒有地方出現連接錯誤和短接現象，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74LS160沒有連接好。7 數字(shz)電子技術的展望數字電子技術(jsh)較模擬電子技術的優勢數模信號之間的轉換往往是要將模擬信號轉化為數字信號、數模轉換是將傳感器從自然的界獲取的連續(linx)的信號波形經過濾波、去噪等處理，最后形成有固定高低電平組成的數字信號，也就是

18、人們常說的“0101”信號。之所以在信號處理中多是將模擬信號轉化為數字信號，主要原因包括如下幾點：（1）模擬信號有無窮多種可能的波形，同一個波形稍微變化就成了另一種波形，而數字信號只有兩種波形（高電平和低電平），這為信號的接收與處理提供了方便。（2）模擬信號是有一連串連續的信號波形組成的，其信號及其容易受到干擾，這些干擾不僅僅是來自于信號的采集階段，也來自信號傳輸過程中和電子元器件造成的誤差，這就導致了采集信號的準確度難以得到保證，從而影響試驗的準確性或試驗的可靠性。而數字電路中只采用高低電平對信號進行編碼，這就保證了信號的抗感染能力，提高了信號的精度。8 總結經過了一周的實訓，大家都完成了自

19、己的電路課程設計，雖然我們設計的彩燈控制器沒有達到預期的結果，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，進行電路的仿真和焊接，自己掌握了數字電子技術的實踐經驗，這次的實驗也改變了我對數字電子技術的看法，以前學習數字電子技術，由于不了解，所以在學習的時候不太上心，在今后的學習和復習中我會更加上心，好好學習。一周的實訓很快就結束了，能夠學到的課本上學不到的知識，還能學到一定的數字電子技術實踐需要注意的東西，鍛煉了自己的思維方式，增加了自己的動手經驗和操作能力，通過焊接讓我更了解了電氣工程及其自動化這門專業，加深了對八路彩燈控制器的熟悉。在實驗的過程中，我們應該盡量減少操作的盲目性，提高實驗效率的保證，不要一開始就趕著做，結果越做越忙，主要是這個原因，我也曾犯過這樣的錯誤。在焊接電路時，要吃透電路圖，儀器面板的布置及各個