移位寄存器型彩灯控制器(华北电力大学)

课程设计(综合实验)报告(2011--2012年度第1学期)名称：电子技术综合试验题目：移位寄存器型彩灯控制器院系：电气与电子工程学院班级：信息1002学号：1101200209学生姓名：李积强指导教师：李月乔设计周数：1成绩：日期：2011年12月27日一、课程设计（综合实验）的目的与要求1.目的：1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2．要求：2.1采用移位寄存器设计一个彩灯控制器。2.2要求三种变换花型以某种节拍按一定规律改变彩灯的输入电平值，控制彩灯的亮与灭，按预定规律显示一定的花型。花型1：8路彩灯从左至右顺次渐亮，全亮后逆序渐灭；循环两次。花型2：8路彩灯从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭；循环两次。花型3：8路彩灯分两半，从左至右顺次渐亮，全亮后则灭，循环三次。花型真值表如下：花型真值表如下：节拍编码QAQBQCQDQEQFQGQH顺序花型1花型2花型300000000000000000000000001100000000001100010001000211000000001111001100110031110000001111110111011104111100001111111111111111511111000111001116111111001100001171111111010000001811111111911111110101111110011111110001211110000131110000014110000001510000000二、设计（实验）正文1、明确设计要求。设彩灯控制器输出为1时可以点亮彩灯，为0时不能点亮，根据原题要求列出彩灯一次总循环的状态列表。考虑到74X194能左移、右移、清零或并行置数，可满足题目的要求，两片74X194共有8个输出信号，分别控制8路彩灯。由于一次花型循环实为63拍，再加一拍清零共64拍，此外，设计还要求慢节拍和快节拍各循环一次，所以总共需要128拍。对彩灯的控制信号来说，需要的状态数实为64个。当一次循环完成后，需要一个信号改变所选的时钟的频率。2、由以上的分析，可将电路分为三部分：3、下面分别设计这三部分电路：（1）节拍产生电路：这部分电路其实要完成两个功能。一是64个状态的产生，二是时钟频率的选择。七位二进制计数器+二选一数据选择器。电路图如下：U19B74LS08D4565VVCCU20A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU21A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU22A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU23A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU24A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU25A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU26A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU27A74LS08D123U28A74LS32D123J1Key=SpaceV1500Hz5VV21000Hz5VIO1IO2IO3IO4IO5IO6IO7IO8Q5Q4Q3Q2Q1Q0从000000—111111循环变化，产生64个不同的状态，Q6用于选择时钟的频率。即64拍之后，时钟的频率改变。（2）控制信号产生电路。用产生的状态经过一定的逻辑运算后控制74X194的S0、S1、SR、SL即可得到所需要的花型。列出状态表，经卡诺图化简后，可得到控制信号和状态量的关系：)2(1S=3_5_QQ+45QQ12301_2_34_535_)2(0QQQQQQQQQQQS+0_1_23_5QQQQQ1)2(SL2_)2(QSR53_)1(1QQS123401_2_340_1_23_4535_)1(0QQQQQQQQQQQQQQQQQS2_54525_)1(QQQQQQSL0)1(SR节拍产生电路控制信号产生电路花型产生电路采用逻辑门电路实现：U3A74LS00D123U4A74LS00D123U5A74LS00D123U6A74LS00D123121312U7A74LS10D12456U8A74LS20D12345611128U974LS30DU10A74LS00D12312345611128U1174LS30DU14A74LS00D12312456U15A74LS20DU16A74LS00D123U17A74LS00D123U18A74LS00D123U19B74LS08D4565VVCCU20A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU21A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU22A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU23A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU24A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU25A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU26A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU27A74LS08D123U28A74LS32D123J1Key=SpaceU29A74LS04D21U30A74LS04D21U31A74LS04D21U32A74LS04D21U33A74LS04D21U34A74LS04D213456U7B74LS10DV1500Hz5VV21000Hz5V5VVCC12456U12A74LS21D91012138U12B74LS21D91012138U15B74LS20DU27B74LS08D456IO1IO2IO3IO4IO5IO6IO7IO8IO9IO10IO11IO12IO13IO14IO15IO16（3）花型产生电路：用两片74X194的八路输出分别控制八个彩灯即可。电路图如下：34567151413122191011ABCDS1CLK~CLRQAQCQDU174LS194DSRSLS0QB34567151413122191011ABCDS1CLK~CLRQAQCQDU3574LS194DSRSLS0QB5VVCCX11VX31VX21VX51VX41VX71VX61VX91VJ3Key=AIO1IO2IO3IO4IO5IO6IO7IO8IO9（4）将这四部分结合起来，就形成了完整的电路图：34567151413122191011ABCDS1CLK~CLRQAQCQDU174LS194DSRSLS0QBU3A74LS00D123U4A74LS00D123U5A74LS00D123U6A74LS00D123121312U7A74LS10D12456U8A74LS20D12345611128U974LS30DU10A74LS00D12312345611128U1174LS30DU14A74LS00D12312456U15A74LS20DU16A74LS00D123U17A74LS00D123U18A74LS00D123U19B74LS08D4565VVCCU20A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU21A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU22A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU23A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU24A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU25A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU26A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU27A74LS08D123U28A74LS32D123J1Key=SpaceU29A74LS04D21U30A74LS04D21U31A74LS04D21U32A74LS04D21U33A74LS04D21U34A74LS04D213456U7B74LS10D34567151413122191011ABCDS1CLK~CLRQAQCQDU3574LS194DSRSLS0QB5VVCCX11VX31VX21VX51VX41VX71VX61VX91VV1500Hz5VV21000Hz5VJ3Key=A5VVCC5VVCCU18B74LS00D456U18C74LS00D910812456U12A74LS21D91012138U12B74LS21D91012138U15B74LS20DU27B74LS08D456IO1IO2IO3IO4IO5IO6IO7三、课程设计（综合实验）总结或结论：1．本实验应用元件比较多，结构较为复杂，每一步都要仔细认真，分块接线检验，否则整个检查十分困难，把握好每个模块是实验的关键。尤其是连控制电路时，由于连线过多，容易出错。2.设计控制信号产生电路时，考虑到要实现的是六变量的组合逻辑函数，比较复杂，平时所学的芯片似乎都无法完成此功能，于是就采用了多个门电路来实现。3.通过这次实验加深了对原器件的认识，对器件的良好应用是实验成功的关键，实验中当有些器件没有，要用现有器件代替。4．实验中要注意细节，注意芯片的清零功能和置位功能，注意是同步还是异步的。5．通过几天的努力，在同组的努力和帮助下完成了移位寄存彩灯控制器，认识到实际电路很复杂，还需要加强这方面的知识。6.对数字电路的设计分析有了较为明确的了解。7.第一次在电路设计中利用分频的原理来产生控制信号，对我的启发较大。8.通过这次实验设计，巩固了数字电子技术的知识，对学习这门课程有了很大的帮助，对各种芯片的功能和用法有了更深刻的理解，培养了我思考问题和解决问题的能力。复杂的电路连线，也是对耐心、细心和恒心的考验。从中我体会到了很多乐趣，也学到了很多知识，实在是获益匪浅。四、参考文献：作者：李月乔书名：《数字电子技术基础》版本：中国电力出版社出版日期：2008年2月附录：实验设计总电路图：34567151413122191011ABCDS1CLK~CLRQAQCQDU174LS194DSRSLS0QBU3A74LS00D123U4A74LS00D123U5A74LS00D123U6A74LS00D123121312U7A74LS10D12456U8A74LS20D12345611128U974LS30DU10A74LS00D12312345611128U1174LS30DU14A74LS00D12312456U15A74LS20DU16A74LS00D123U17A74LS00D123U18A74LS00D123U19B74LS08D4565VVCCU20A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU21A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU22A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU23A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU24A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU25A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU26A1D21Q5~1Q6~1CLR13~1PR474LS74DU27A74LS08D123U28A74LS32D123J1Key=SpaceU29A74LS04D21U30A74LS04D21U31A74LS04D21U32A74LS04D21U33A74LS04D21U34A74LS04D213456U7B74LS10D34567151413122191011ABCDS1CLK~CLRQAQCQDU3574LS194DSRS