移位寄存器型彩燈控制器.doc

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課程設計(綜合實驗)報告 ( 2014-- 2015年度第 一 學期 ) 名 稱： 電子技術綜合實驗 題 目： 移位寄存器彩燈控制器 院 系： 電氣與電子工程學院 班 級： 信息1301班 學 號： 1131200121 學生姓名： 王德勇 指導教師： 趙東 設計周數(shù)： 一周 成 績： 日期： 2015 年 01 月 09 日 目 錄 任 務 書 1 一、課程設計(綜合實驗)的目的與要求 3 二、設計框圖及電路系統(tǒng)概述 4 三、各單元電路的設計方案及原理說明、參數(shù)計算 5 四、調試過程及結果分析 9 五、設計、安裝及調試中的體會 10 參考文獻1 11 附錄設計流程圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等12 《電子技術》綜合實驗 任 務 書 一、 目的與要求 1.目的 1.1綜合實驗是教學中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過課程設計鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業(yè)技能，提高綜合運用知識的能力，逐步增強實際工程訓練。 1.2注重培養(yǎng)學生正確的設計思想，掌握綜合實驗的主要內容、步驟和方法。 1.3培養(yǎng)學生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達能力以及協(xié)作工作能力。 1.4提高學生運用所學的理論知識和技能解決實際問題的能力及其基本工程素質。 2.要求 2.1 能夠根據(jù)設計任務和指標要求，綜合運用電子技術課程中所學到的理論知識與實踐技能獨立完成一個設計課題。 2.2根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱手冊、圖表等有關文獻資料。要求通過獨立思考、深入鉆研課程設計中所遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。 2.3進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則。 2.4學會電子電路的安裝與調試技能，掌握常用儀器設備的正確使用方法。利用“觀察、判斷、實驗、再判斷”的基本方法，解決實驗中出現(xiàn)的問題。 2.5學會撰寫綜合實驗總結報告。 2.6通過綜合實驗，逐步形成嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的工作作風和科學態(tài)度，培養(yǎng)學生樹立一定的生產觀點、經濟觀點和全局觀點。要求學生在設計過程中，堅持勤儉節(jié)約的原則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭少損壞元件。 2.7在綜合實驗過程中，要做到愛護公物、遵守紀律、團結協(xié)作、注意安全。 二、 主要內容 共有8個既有學習價值又有一定的實用性和趣味性的設計課題，學生根據(jù)自身情況自由選擇其中之一。 1.移位寄存器型彩燈控制器 2.智力競賽搶答器 3.電子拔河游戲機 4.交通信號燈控制器 5.數(shù)字電子鐘 6.電子密碼鎖 7.電子秒表 8.數(shù)字電子鐘（硬件） 三、 進度計劃 序號 設計(實驗)內容 完成時間 備注 1 設計內容講解、學習資料查找方法 兩個下午 2 發(fā)放材料、清點材料、熟悉各種元器件 2小時 3 查找資料、設計電路、繪制總體電路草圖 1天 4 電路組裝并調試或在Multisim上繪制電路圖、仿真并調試 2天 5 驗收、撰寫實驗報告 1天 四、 設計（實驗）成果要求 1.學生根據(jù)所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定總體方案；然后對方案中單元電路進行選擇和設計計算；最后畫出總體電路圖。 2.預設計經指導教師審查通過后，學生即可向實驗室領取所需元器件等材料，在面包板上組裝、調試電路，使之達到設計指標要求。 3.在Multisim軟件平臺上學生可直接設計、仿真和實現(xiàn)，直至達到設計要求。 五、 考核方式 綜合以下指標評定課程設計總成績：優(yōu)、良、中、及格和不及格。 1.設計方案的正確性與合理性； 2.實驗動手能力(安裝工藝水平、調試中分析解決問題的能力以及創(chuàng)新精神等)； 3.總結報告； 4.答辯情況(課題的論述和回答問題的情況)； 5.設計過程中的學習態(tài)度、工作作風和科學精神。 學生姓名： 指導教師： 年 月 日 一、課程設計(綜合實驗)的目的與要求 1.目的： 1.1綜合實驗是教學中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過綜合實驗鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業(yè)技能，提高綜合運用知識的能力，逐步增強實際工程訓練。 1.2注重培養(yǎng)學生正確的設計思想，掌握綜合實驗的主要內容、步驟和方法。 1.3培養(yǎng)學生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達能力以及協(xié)作工作能力。 1.4提高學生運用所學的理論知識和技能解決實際問題的能力及其基本工程素質。 2.要求： 2.1使用移位寄存器設計一個彩燈控制電路。 2.2實驗要求實現(xiàn)三種花型變換 以某種節(jié)拍按一定規(guī)律改變彩燈的輸入電平值，控制彩燈的亮與滅，按預定規(guī)律顯示一定的花型。 花型1：8路彩燈從左至右順次漸亮，全亮后逆序漸滅；循環(huán)兩次。 花型2：8路彩燈從中間到兩邊對稱地逐次漸亮，全亮后仍由中間到兩邊逐次漸滅；循環(huán)兩次。 花型3：8路彩燈分兩半，從左至右順次漸亮，全亮后則滅，循環(huán)三次。 2.3要求慢節(jié)拍和快節(jié)拍各循環(huán)一次。 二、設計框圖及電路系統(tǒng)概述 2.1明確設計要求。 設彩燈控制器輸出為1時可以點亮彩燈，為0時不能點亮，根據(jù)原題要求列出彩燈一次總循環(huán)的狀 態(tài)列表?？紤]到74X194能左移、右移、清零或并行置數(shù)，可滿足題目的要求，兩片74X194共有8個輸出信號，分別控制8路彩燈。由于一次花型循環(huán)實為63拍，再加一拍清零共64拍，此外，設計還要求慢節(jié)拍和快節(jié)拍各循環(huán)一次，所以總共需要128拍。對彩燈的控制信號來說，需要的狀態(tài)數(shù)實為64個。當一次循環(huán)完成后，需要一個信號改變所選的時鐘的頻率。 2.2由以上的分析，可將電路分為三部分： 圖2.1 電路系統(tǒng)概述 節(jié)拍產生電路 花型產生電路 控制電路產生電路 三、各單元電路的設計方案及原理說明、參數(shù)計算 3.1設計方案 彩燈控制器的對外接口信號示意圖如圖3.1所示。 Qh3 彩燈控制器 Qf Qg Qe 復位信號 Qd Qc 時鐘信號 接彩燈 Qb Qa 圖3.1 彩燈控制器的對外接口信號示意圖 設彩燈控制器輸出為1時可以點亮彩燈，為0時不能點亮彩燈。根據(jù)原題要求列出彩燈控制器的各花型的狀態(tài)列表，花型1的狀態(tài)列表如表3.2所示，花型2的狀態(tài)列表如表3.3所示，花型3的狀態(tài)列表如表3.4所示。表3.5為一次總循環(huán)所需要的狀態(tài)列表，其中加入了第64個狀態(tài)并規(guī)定為清零，是為了使狀態(tài)總數(shù)等于26，以簡化控制器電路。 表3.2 彩燈控制器一次總循環(huán)的狀態(tài)列表 時鐘周期的序號 狀態(tài)Qh Qg QfQe Qd Qc Qb Qa 時鐘周期的序號 狀態(tài)Qh Qg QfQe Qd Qc Qb Qa 初始狀態(tài) 00000000 33 00011000 1 10000000 34 00111100 2 11000000 35 01111110 3 11100000 36 11111111 4 11110000 37 11100111 5 11111000 38 11000011 6 11111100 39 10000001 7 11111110 40 00000000 8 11111111 41 花型2，2遍 00011000 9 11111110 42 00111100 10 11111100 43 01111110 11 11111000 44 11111111 12 11110000 45 11100111 13 11100000 46 11000011 14 11000000 47 10000001 15 10000000 48 00000000 16 00000000 49 10001000 花型1，2遍 17 10000000 50 11001100 18 11000000 51 11101110 19 11100000 52 11111111 20 11110000 53 花型3，3遍 00000000 21 11111000 54 10001000 22 11111100 55 11001100 23 11111110 56 11101110 24 11111111 57 11111111 25 11111110 58 00000000 26 11111100 59 10001000 27 11111000 60 11001100 28 11110000 61 11101110 29 11100000 62 11111111 30 11000000 63 00000000 31 10000000 64 00000000 32 00000000 3.2 確定系統(tǒng)方案和邏輯劃分： 1、64節(jié)拍產生及快慢分頻控制器 2、控制門電路 3、用移位寄存器構成的彩燈信號生成器 3.3 節(jié)拍產生及快慢分頻控制器的設計 一個時鐘信號產生電路，其框圖如圖3.6所示，能通過D觸發(fā)器產生六位二進制數(shù)和二選一數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出某頻率的時鐘信號或它的二分頻信號，并將信號傳遞給拍產生器和移位寄存器，以此來實現(xiàn)彩燈快、慢共128節(jié)拍的控制。 表3.3：六位二進制數(shù)的產生和時鐘信號選擇電路 3.3花型產生電路。 把D觸發(fā)器生成的六位二進制代碼分別與彩燈的狀態(tài)進行劃分，列寫各個狀態(tài)所對應的真值表，最后通過卡諾圖化簡得到表達式。 表3.4：控制器的狀態(tài)與74X194芯片的控制信號的關系表 節(jié)拍 移位寄存器74X194（2） 移位寄存器74X194（1） 1--4 000000--000011 左移， 左移， 5--8 000100--000111 左移， 左移， 9--12 001000--001011 右移， 右移， 13--16 001100--001111 右移， 右移， 17--20 010000--010011 左移， 左移， 21--24 010100--010111 左移， 左移， 25--28 011000--011011 右移， 右移， 29--32 011100--011111 右移， 右移， 33--36 100000--100011 右移， 左移， 37--40 100100--100111 右移， 左移， 41--44 101000--101011 右移， 左移， 45--48 101100--101111 右移， 左移， 49--52 110000--110011 左移， 左移， 53 110100 清零 清零 54--57 110101--111000 左移， 左移， 58 111001 清零 清零 59--62 111010--111101 左移， 左移， 63--64 111110--111111 清零 清零 列出狀態(tài)表，經卡諾圖化簡后，可得到控制信號和狀態(tài)量的關系： = + + 3.4把各部分電路連接，形成了完整的電路圖 ： 四、調試過程及結果分析 4.1第一次連接完畢后不顯示花型，產生二進制數(shù)的D觸發(fā)器接線出現(xiàn)問題。 4.2彩燈顯示狀態(tài)與要求不相符，74LS194D控制信號連接出現(xiàn)錯誤，反復糾正后正確。 4.3彩燈顯示狀態(tài)不佳，多組嘗試不同頻率的時鐘脈沖后得到理想的結果。 五、設計、安裝及調試中的體會 5.1要想形成一個正確的解答過程需要反復研究題目，不斷嘗試，此次實驗在二選一數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)輸入不同頻率脈沖信號的電路設計上，起初不知道怎么把脈沖信號接入電路，在不斷分析，反復讀題，列寫狀態(tài)，后終于成功。 5.2設計性實驗狀態(tài)較多，需要認真、耐心做下去，并且在出現(xiàn)問題后要及時找出想辦法解決。 5.3實驗元件比較多，結構比較復雜，在連接時經常會出現(xiàn)錯誤，需要我們認真核對表達式，在連線時不要過分移動鼠標，因為線頭越多，不小心的觸碰出現(xiàn)的叉線將會導致錯誤。 5.4在連接完成后要盡可能再查看一下各個控制端口，端口形成的表達式與自己化簡的是否一致。 5.5實驗過程讓我進一步了解熟悉各器件的功能，同時在遇到問題時學會了細心，不懂的地方學會向他人請教，從而順利完成電路。 參考文獻 [1]作者：李月喬.書名：《數(shù)字電子技術基礎》.版本：中國電力出版社.出版日期：2008年 2月 [2]作者：董宏偉.書名：《數(shù)字電子技術實驗指導書》.版本：中國電力出版社.出版日期：2010年1月 附錄（設計流程圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等） 附錄1：系統(tǒng)電子圖 實驗總電路圖