多路彩灯设计西安邮电.doc

西安邮电学院

数字电路课程设计报告书
——多路彩灯控制器

学院名称
：
电子工程学院
学生姓名
：
梁滢（01）
专业名称
：
电子科学与技术
班 级
：
0904
实习时间
：
2011年12月5日 —— 2011年12月16日

多路彩灯控制器
Many road lights controller
作者姓名 梁滢
Authors : LiangYing
作者单位 西安邮电学院 科技0904班
The author unit:
xian post and telecommunications college in class 0904 science and technology
摘要：
多路彩灯控制器是用于控制彩灯以不同的方式闪烁，在不同的场合起到装饰作用。它不仅美观、漂亮，而且使用性很强，可以实现中心彩灯控制一直亮、三色跑灯显示、环形彩灯闪烁显示、十路彩灯闪烁显示，电路综合运用了数字电路的基本知识，完成了多种功能的显示。观、大方、实用等的特点，适用与各种场所和人民，是广大人民装饰、使用的首选物品。
Abstract：
Many road lights controller is designed to control lights flashing in different ways, in different occasions have adornment effect. It not only beautiful, beautiful, and very strong practicability, may realize the center control has been bright lights, three colors running lights, the display of lights flashing display, ten ring road lights flashing display, integrated circuits using the basic knowledge of digital circuit, completed a multi function display. View, generous, practical characteristics, it is suitable for various places and people, the majority of the people is the first choice of decoration, use items.

关键词：多路彩灯控制器、555、多谐振荡器、计数器

Key words：
Many road lights controller, 555, many harmonic oscillator, counter
一、引言
1、了解多路彩灯控制器的原理及设计方法。
2、良好掌握数字电路课程所学的理论知识，对所学理论的巩固及检验。
3、 熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。
4、.了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。
5、检验同学门的实践能力,解决问题的能力及现有知识基础上的创新,为日后走上工作摸索经验。
6. 通过这次的实习，促进大家对理论知识的重要性有个深刻认识学好各门功课。
二、任务要求
任务：设计一个8路移存型彩灯控制器。
要求：1、能演示三种花形，花形自拟。
2、选做：1s、2s两种节拍交替运行。
3、选做：用单片机实现彩灯控制器，要求同上。
4、选做：用可编程逻辑器件实现彩灯控制器，要求同上。
三．总体方案方案的选择
起初定的方案有两种：
1：两组LED同时闪，由两个194独立控制
2:两组LED串联一起，实现左右渐亮灭，两个194并联来实现
我选择了第二种方案，194的并联控制更加简单，但是花形则没有第一种方案多。第一种方案则可以实现多种花形，不过控制上稍稍复杂。但两种方案的差异极小，所以两种方案的可以选择，这取决于个人喜好。
第二种方案将整体电路分为四块。
第一块实现时钟信号的产生：由555定时器组成逻辑器件产生CP（1s），由D触发器74实现CP脉冲二分频(2s)；
第二块实现节拍控制：这方案只采用了一种节拍，即由555电路模块发出的的信号（1s），而由D触发器74实现的CP脉冲二分频则用于第三种花形的控制；
第三块实现花型的控制：利用两片161计数器通过对194控制端S1 ，S0，SL，SR的控制实现花型；
第四块实现花型的演示：194输出端控制LED灯。
主体框图如下：
花型演示
花型控制
时钟信号

实验采用161计数器实现主体功能：花型的实现、花型之间的控制和节拍信号的返回。
用151通过161返回的节拍信息作为地址端选择是否接通74(CP脉冲二分频)产生CP脉冲，用来实现第三种花形。
花型设计
花型(1): 8路彩灯从左边开始灭，8s后从左边开始亮；
花型(2): 8路彩灯从右边开始灭，8s后从右边开始亮；
花型(3): 8路彩灯右边第一盏和左边第一盏轮流闪烁，8s后全亮且持续8s；
节拍设计
花型1
花型2
花型3
11111110
11111100
11111000
11110000
11100000
11000000
10000000
00000000
00000001
00000011
00000111
00001111
00011111
00111111
01111111
11111111
01111111
00111111
00011111
00001111
00000111
00000011
00000001
00000000
10000000
11000000
11100000
11110000
11111000
11111100
11111110
11111111
01111111
11111110
01111111
11111110
01111111
11111110
01111111
11111110
11111111
11111111
11111111
11111111
11111111
11111111
11111111
11111111
花型一：
74161
74194

S0=0;S1=1; SL=0
QB
QA
QD
QC
QB
QA
QA
QB
QC
QD
QA
QB
QC
QD
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0

0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0

S0=0;S1=1; SL=1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
花型二：
74161
74194

S0=1;S1=0;SR=0
QB
QA
QD
QC
QB
QA
QA
QB
QC
QD
QA
QB
QC
QD
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0

S0=1;S1=0;SR=1
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
花型三：
74161
74194
QB
QA
QD
QC
QB
QA
QA
QB
QC
QD
QA
QB
QC
QD

S0=1;S1=0;SR=0
1
0
0
0
0
0
0

1
1
1
1
1
1
1

S0=0;S1=1;SL=0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0

S0=1;S1=0;SR=0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1

S0=0;S1=1;SL=0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0

S0=1;S1=0;SR=0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1

S0=0;S1=1;SL=0
1
0
0
1
0
1
1

1
1
1
1
1
1
0

S0=1;S1=0;SR=0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1

S0=0;S1=1;SL=0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0

S0=1;S1=1;
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

四、实验器材

74LS194
2
4.7k电阻
1
74LS00
1
4.7µf电容
1
74LS04
1
0.01µf电容
1
555
1
150k电阻
1

74LS161
2
100Ω电阻
1
74LS74
1
面包板
1
74LS151
1
发光二级管
8
面包板 ………………………………………………………1个；
斜口钳 ………………………………………………………1个；
万用表 ………………………………………………………1个；
导线若干。
五、模块电路设计
1．基本CP脉冲发生电路
用555定时器构成多谐振荡器，产生CP脉冲。具体电路如下图所示：

此电路已经提供，不需要设计，主要是用来输出大约1s的节拍，是整个电路的信号输出模块。
2．分频电路
用D触发器实现CP脉冲的二分频，从而产生慢节拍。将慢节拍接入74151数据选择器的数据输入端，而地址端通过74161来控制，从而实现第三种花形的变换。具体电路如下图所示：

用D触发器来延迟信号的输出，由1s的信号形成2s的信号，然后送个选择控制器151的D6输入端，151的输出端由高位161计数器的第二位控制，从实现第三种花形的输出

3．状态控制电路
图中所用的是两个161实现二进制计数。具体电路如下图所示：

状态控制电路由两个161芯片级联而成，上面的U41为低位计数器，下面U42为高位计数器。U41的Qd输出端是控制彩灯的亮与灭当输出为高电平是控制彩灯的194芯片的right与left的输入也为高电平，当输出为低电平是彩灯的right与left的输入也为低电平。U42的Qa为194芯片的S0、S1的控制信号，此信号经过一个与非门和非门实现对S0、S1的额控制。U42的Qb则是数据选择器151的地址端信号，当为高电平时为151选择输出D6信号，实现输出2s的信号与Qa相与实现第三种花形

4．花型控制电路
具体电路如下图所示：

两个194的S0接经过非门输入端，S1接输入端。U2的SR与U3的SL接U41的Qd，U2的SL接LED4，U3的SR接LED5。从而实现8个彩灯从左到右、从右到左的逐次亮灭

5、总体电路图

八、关键电路波形图
1．基本CP脉冲产生电路波形图

2．分频电路波形图

九、调试过程中遇到的问题
1. 每做好的一个模块时都要检测每个芯片的管脚是为处于正确的状态，检测面包版的线路问题，该联通的联通，还有排除有串线的地方，一面出现不必要的麻烦。
2. 连电路时的线应该长度刚好，插入部分应该稍长，以免短路和接触不良，线路尽量整齐以方便电路的查找。
3. 各个元器件的工作电压是不能超过他本身的最大承受电压的，作实验时应注意这一点，否则，会造成元器件的损坏。在坐实验时，不少人就是因为这一点而烧坏了器件。元件的价格并不便宜，如果损坏过多也会给学校造成不小的浪费。无论从个人素质还是社会环境来说，我们都应谨慎，不要造成浪费。
4. 应该注意发光二极管应接上行或下行电阻来保护他的电压不致过大而损坏二极管。
5. 应注意每个元器件的工作原理和工作功能，以及中规模逻辑器件的管脚图，以免因此而造成不必要的过失。而且在插拔芯片时应该断电，不然很容易损坏芯片
7．555脉冲输出电路不能输出脉冲，用万用表查看各线路是否接触良好，检查电阻和电容。
8．计数器的工作不正常，低位计数而高位不计，原因两块161的级联出问题， CP端是否连接完好。
9．灯不亮，极有可能正负极接反，如果不是就应该用万用表测电压，以确定是二极管的损坏还是管脚问题，不能一下就认定是芯片的问题。
10. 组装过程中首先遇到的问题是对原器件和面包板的检测,所发的器件都可能有问题。如果不先进行检测，当全部组装后很难检测出哪里有问题。最好是每做完一步都要检测目前的功能是否正常。
11. 组装时一定要分模块去完成,当第一个模块组装检测后功能实现了再去组装下一个模块.，要不很可能到最后不能正常运行。
12. 组装完如还不能运行应用万用表按着电路图检测。将万用表的两个探针放在芯片的拐角上进行检测，这样可以发现没有接通的导线和接错的地方。
13. 计数器的输出端最好用二极管，这样可以直接观察计数的状态，以方便逻辑的设计。
十、实习心得
当天刚接到这个题目时根本没有一点头绪，于是便开始看各个芯片的功能，然后开始做每一个模块。逐渐脑里设计原型就慢慢清晰了 。原来发现很多看起来没头绪的事，只要能迈出第一步就不难了。可能是我比较喜欢这些东西的原因，有头绪后就一发不可收拾，一直从早上8点到晚上11点都没听过，连晚饭都舍不得去吃。天不负有心人，终于在熄灯前把电路设计成功了。真是出乎自己意外，从来没想到我一天就能做完，这极大地增强了自己的自信心。
这个课程设计其实是课堂的理论和实际的结合，一开始我就直接画了卡诺图做了化简，所以在逻辑的设计上，并不是很困难。一开始发现彩灯的闪，又是快有时慢，一开始百思不得其解。经过多番实验才发现是面包版的线路问题，我的信号线必须季节连在555电路的信号在输出端，如果中间用太多过度线就会造成信号失真。不得不说，想法是美好的，可现实有时是残酷的。这次课程设计的最大收获是初步掌握的一些电路的设计和检测的方法，知道如何排错，知道怎样测试，对数字电路的工作原理有了更加深入的了解。所以接下来的那些天总是热衷于帮别人检查电路，能帮到别人也能帮到自己，这给予了莫大满足感。
感谢学校和指导老师给予的培养，使得我能力有了很大的提高，应为我平时是自学cortex和arm类控制芯片，对纯的数字电路接触较少。经过这次的动手，是我对数字电路的工作原理有了深刻的理解。

西安邮电学院课程设计过程考核表
学生姓名

班级/学号

承担任务实验室（单位）
电路与电子技术基础教学部
所在部门
电子工程学院
实施时间
2011年 12 月5 日 — 2011年 12月16日
具体内容
第一周
周一：听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；
周二：选定题目，并设计电路，完成电路设计；
周三：电路仿真；
周四：领取元器件，开始组装电路；
周五：组装电路；
第二周
周一：组装电路；
周二：老师验收电路；
周三：写实验报告；
周四：写实验报告；
周五：实验总结；
……

指导教师（师傅）姓名
朱旭花
职务或职称
讲师
指导教师（师傅
对学生的评价
学习态度
□ 认真 □ 一般 □ 不认真
学习纪律
□ 全勤 □ 偶尔缺勤 □ 经常缺勤
实践能力
□ 很强 □ 一般 □ 较差
指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见

指导教师（师傅）签字

年 月 日

西安邮电学院课程设计成绩鉴定表
学生姓名

班级/学号
/
进行时间
2010年 12月 5日 — 2010年12月 16日
成绩鉴定
学习内容（20分）
与教学任务计划结合程度（10分）

与专业培养结合程度（6分）

其它（4分）

接受单位评价
（20分）
实践能力（10分）

学习态度（6分）

学习纪律（4分）

报告鉴定
（60分）
报告内容与实践过程紧密结合（15分）

报告内容与教学计划内容紧密结合（15分）

报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数 30分)

评阅教师姓名
朱旭花
职称
讲师
成绩

评语

评阅教师签字

年 月 日