数字逻辑课程设计报告——多路彩灯控制器学院名称：电子工程学院学生姓名：崔欢（13）专业名称：集成电路设计与集成系统班级：电路1102实习时间：2013年6月3日——2013年6月14日多路彩灯控制器的设计一、课程设计题目（与实习目的）（一）、题目：多路彩灯控制器（二）、实习目的：1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。
2．熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。
3．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。
4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
5．锻炼动手能力，排错能力。
二、任务和要求实现彩灯控制的方法很多，如EPROM编程、RAM编程、单板机、单片机等，都可以组成大型彩灯控制系统。
因为本次实习要求设计的彩灯路数较少，且花型变换较为简单，故采用移位寄存器型彩灯控制电路。
（1）彩灯控制器设计要求设计一个8路移存型彩灯控制器，基本要求：1. 8路彩灯能演示三种花型（花型自拟）；2. 彩灯用发光二极管LED模拟；选做：实现快慢两种节拍的变换。
（2）课程设计的总体要求1．设计电路实现题目要求；2．电路在功能相当的情况下设计越简单越好；3. 注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉；4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。
三总体方案的设计整体电路分为四个模块，第一个模块时钟信号的产生；第二个模块实现节拍控制；第三个模块实现花型的控制；第四个模块实现实现花型的演示。
这种方案将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较简单。
元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。
这么设计的出发点是：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试都很方便，花型控制电路简单，花型也比较简单。
主体框图如下：时钟信号CP电路：用555芯片产生CP脉冲。
节拍控制电路：节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可由74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。
花型控制电路：由161，4位二进制同步计数器完成；花型演示电路：由194 双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）；四单元电路的设计1.设计所使用的元件及工具：74LS161（四位二进制同步计数器） ---------------------------- 2个；74LS194（移位寄存器） ----------------------------------- 2个；74LS151（八选一数据选择器） -------------------------------- 1个；74LS74（双D 触发器） --------------------------------------- 1个；74LS00（四二输入与非门） ---------------------------- ------2个；74LS04（六非门） ------------------------------------------- 1个；555 --------------------------------------------- ------1个；发光二极管 ------------------------------------------------ 8个；电容： 4.7μf ----------------------------------------------1个；0．01μf -----------------------------------------------1个；电阻：150kΩ------------------------------------------------------------ ---------1个；100Ω ---------------------------------------------- 4个；4.7kΩ ------------------------------------------------1个；实验板一块；万用表一个; 钳子一个；导线若干。
2.各个单元电路（1）时钟信号电路由一片555加上适当电容及电阻实现。
电容取：4.7μf 10n f 电阻取：150 k Ω 4.7 k Ω电路图如下：（2）节拍控制电路由一片151和一片74级联实现。
整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。
令74的Vcc ，CLR ，PR 都接高电平，将^Q 的输出接到D 端，Q 端的输出接到151的D1端。
令151的B,C,G’,GND 接低电平，Vcc 接高电平，D0接时钟信号的CP 脉冲，A 端接由花型控制电路的QG 输出。
所以Y 端的输出就为：Y=C P·^A+Q·A(Q 是74D 触发器的输出端)由D 触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP 脉冲的上升沿，Q 输出为上一次的记录（即一个脉冲）。
也就比时钟信号电路的CP 脉冲慢了一拍。
4.7uf所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。
A端接的是161的高位片的QF即当到达第32拍时QF为1接下来的33~64拍为变慢后的脉冲输出。
电路图如下:（3）花型控制信号电路由二片161级联的模64（三种花型每种显示一遍，再总体重复一遍的总节拍数）计数器。
161的级联用的是同步，并用^QG清零。
当三种花型全新显示一遍后（总共32拍）161的输出变为00000100所以将161高位片的信号QF输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。
161的CP脉冲来自节拍控制电路中151的输出端Y。
电路图如下：（4）花型演示电路由二片移位寄存器194实现。
其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。
而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。
三种花型变换样式花型1：8路灯分两半。
从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。
循环两次；花型2：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：从左至右顺次渐亮。
全亮后逆序渐灭。
循环两次。
移存器输出状态编码表这3种花型在每种频率下各显示一遍，三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为32，即1~8显示第一个花型，9~16显示第二个花型，17~31显示第三个花型。
要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL 、SR 一句节拍的变化进行相应的改变,将两片194分为低位片和高位片，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。
列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL 、SR 的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用^Li 表示Li 的取非)列出卡诺图分析 194低位片SL=^L8S1=D ^ESR=^L8S0=^ (D ^E)194高位片SL=XS1=0SR=^L8^E+ L4 E S0=1由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端S1、S0以及串行输入端的由161的输出端Q D 、Q E 和本身输出端L4和^L8控制。
用去Q A —Q H 表示161从低位到高位的个输出端。
控制结果表达式如下：电路图如下：五 总体电路图194(1)CLR SRSL ABCDQ A1Q B1Q C1Q D1S01S111194(2)CLR SRSLABCDQ A2Q B2Q C2Q D2S02S12111&CPCP 321&1&&&&1&CP 16六电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。
刚开始数电实习的时候，我想到了,先设计电路,再搭电路,以便后来的排错,从而完成实习要求。
在设计电路时，我先确定了总体框图，555的CP脉冲电路，74,151的分频电路相对容易，很快就设计好了，难就难在161和194的关系处理上，怎么用161控制194的花型转换，怎么用194连续显示3种花型呢？接着我想到161的功能就是计数，它可以通过计数来控制花型的转换，而194是移位寄存器，通过控制它的SL,SR,S0，S1，就可以进行花型的显示，而卡诺图化简就可以找出161和194的关系，理清思路后，我很快就完成了设计。
周三我就开始用面包板搭电路了，再搭电路前，我用万用表测了面包板的正负极是否连通，在确保它是连通的后才正式搭电路，由于设计和仿真都是自己一步步扎扎实实地走的，周五就进行了测验，加上电后，我分模块对电路进行了测试。
1.测试脉冲产生模块。
在555定时器的3脚插上了一个LED灯后，发现灯不亮，我就怀疑是不是点没加进去，检查后发现，我把电源负极和地分开了，没有把它们接在一起，这就相当于电路没连通，在用导线把它们连接好后再加电，LED灯正常闪亮，我又在151的Y输出端接上了一个LED灯，正常闪亮，说明脉冲产生电路是正常的。
2.测试节拍控制模块。
我先把A接0，发现Y输出接的LED灯和CP输出端接的灯闪亮是同步的，即还没有分频，再把A接高电平，这时现Y输出接的LED灯和CP输出端接的灯闪亮便不是同步的了，即实现了分频，分频电路正确。
3.测试花型控制电路和花型演示电路。
我在两片161的输出端都接上了LED灯，观察它计数是否正确，再在两片194的输出端接上LED灯，观察其分频前的花型和分频后的花型是否正确。
在加电后，观察到161可以正常计数，且194的花型显示也是正确的，但就是在161计数到32后没有进行分频，在分频模块功能正常的前提下，出现这种情况的原因只有一种，那就是A的高电平没有返回给151，所以对于151来说在A是0时，输出的就是CP，所以没有分频，我用万用表测了151的A引脚和161的F输出，发现是正常连通的，但是加电后还是不能分频，既然不是接触不良，那问题会出在哪呢？这引起了我的思考，会不会是F脚的输出逻辑电平达不到1，因为我在F 脚接了一个LED灯，会产生压降，虽然灯可以亮，但它的逻辑值却是0，那么把F脚的这个灯拔掉这一问题会不会就解决掉了呢？在拔掉灯后，我惊喜地发现在161计数到32后，可以实现分频了！至此，测试完满结束。
七附加功能的实现当我完成基本的实验电路后实习的老师建议我去尝试一下，用数码管实现花型的现实，即当时第一个花型时，数码管显示1，以此类推。
我用了几个小时的时间想出来了解决方案，用一片48芯片和一个数码管实现，将48芯片的D，C 管脚分别接地，A接F1非或F2，即F1与F2非得与非，前面的电路已经实现，只须连接，B接F1，其他的输入管脚按照芯片的工作要求进行连接。
在连接电路时必须注意管脚的位置，开始接错了，数码管显示的是2,4,6。
最后检查是管脚位置接错了，检查完后，按照对的管脚图连接电路，数码管显示出了1,2,3.所以必须足够的耐心，细心。
