华北电力大学数电彩灯设计

0课程设计(综合实验)报告(20--20年度第学期)名称：电力电子综合实验题目：移位寄存器型彩灯控制器院系：电气与电子工程学院班级：电气1108学号：1111170923学生姓名：王方雨指导教师：刘向军设计周数：1周成绩：日期：2013年1月15日1一、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能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研综合实验中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。2.5学会撰写综合实验总结报告。2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。二、设计（实验）正文1设计任务及要求1)要求采用移位寄存器设计一个彩灯控制器。三种变换花型：I.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。Ii.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Iii.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。2）三种花型先以慢节拍显示一遍，再以快节拍显示一遍2总体方案设计2.1概要本实验一共有快慢两个节拍和128个状态，8个彩灯，分为两组，可以用两个274X194寄存器来控制。用二进制分频器和数据选择器控制快慢节拍的选取，用两个74x163数据选择器构成分频电路和门电路来控制两片194移位寄存器电路，从而控制8个彩灯的运行。2.2原理框图彩灯控制器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。因此彩灯控制器需要一个能够按一定规律输出不同高低电平编码信号的编码发生器，同时还需要编发生器所要求的时序信号和控制信号。由于实际应用场合所带彩灯可能是功率较大的白炽灯或其它，因此还需要一定的驱动电路，实验中因采用发光二极管或指示灯，故可省略驱动电路。3.设计思路3.1节拍控制电路三种花型循环一次需要的节拍数16*2+8*2+5*3=63个，再加上清“0”一64拍。三种花型若先以慢节拍显示一遍，再以快节拍显示一遍，这样构成一次大循环共需128节拍。以两片163集成电路可以很好地解决这个问题，具体的分频电路见图一。CPL（慢）的1-32节拍显示花型1，其中1-8节拍移位寄存器右移8位，9-16节拍移位寄存器左移8位，17-32节拍重复1-16节拍内容。CPL（慢）的33-48节拍显示花型2，其中33-40节拍移位寄存器1左移，移位寄存器2右移，41-48节拍重复33-40节拍内容。CPL（慢）的49-63节拍显示花型3，其中49-53节拍2个移位寄存器右移，54-58、59-63节拍重复49-53节拍内容。CPL（慢）的64节拍总清“0”。CPH（快）的64节拍与慢节拍显示相同。因此，节拍控制电路需要产生8、16、32、64、128拍的节拍控制信号。节拍控制信号电路图如下：彩灯驱动器编码发生器控制电路3图一这部分电路可以封装成一个子电路并命名为SIGNAL，集成器件如图二所示：X3SIGNALCPCP4CP5CP6CP1CP2CP3X1194oneCP4CP5CP6QAQES1SL1SR1S0X2194twoCP4CP6QDQHS1S0SR2SL2X12qinglingCP6QEQHGROUNDCP5CP1CP2CP3CP4clear图二图三图四图五3.2快慢节拍控制脉冲源使用元件库中的脉冲源。CP7=0时，移位脉冲CP为慢节拍CPL；CP7=1时，CP为快节拍CPH。所以能够选择快慢节拍的移位脉冲CP的表达式为CP7的周期为128节拍。各工作方式控制信号基本上是按CP6（周期为64拍）的状态来区分的。节拍控制信号时序图如下：4得CP信号表达式为：3.3编码发生器使用两片用四位双向集成移位寄存器74X194作为控制信号的设计，分别记为寄存器1，寄存器2，输出分别接八个彩灯，记为状态QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG、QH，1表示亮灯，0表示灭灯：移位寄存器74X194的功能表如下CrS1S0CP功能0无无无异步清零100上升沿保持101上升沿右移110上升沿左移111上升沿预置根据移位寄存器194的功能表和CP4,CP5,CP6的波形图可得两片194的S1与S0表达式，作如下分析：花型1的时段可用CP6’，表示；花型2的时段用CP6CP5’，表示；花型3的时段用CP6CP5表示：1)寄存器1在花型1的时间段内，CP4为1时左移（即S1=1），所以S1的信号波形应与CP4相同；在花型2的时段内，S1=1；在花型3的时段内S1=0。可得在整个时间段内，S1的表达式为：2)寄存器2花型1的时间段内情况与寄存器1相同；花型2和花型3的时间段内均为右移，S1=0。可得S1的表达式为：彩灯一次循环的状态真值表HLCPCPCPCPCP77,CPCPCPCPSS465601,CPCPSS46015AEQCPQCPSL661节拍顺序编码花型1花型2花型3000000000000000000000000011000000000011000100010002110000000011110011001100311100000011111101110111041111000011111111111111115111110001110011161111110011000011711111110100000018111111119111111101011111100111111100012111100001311100000141100000015100000000现以SL1为例，分析如下：SL1只有在寄存器1为左移的状态下有效，因此只考虑左移情况下SL1的取值。花型1的一个循环过程中，寄存器1在9—16拍为左移，且9—12拍为左移1，13-16拍为左移0。即SL在花型1的一个循环中9-12拍为1，13—16拍为0。观察9—12拍寄存器输出的上一个状态（8—11拍），和13-16拍寄存器输出的上一个状态（12-15拍），可以看到8—11拍QE都为1，12—15拍QE都为0，因此，当灯在花型1的时间段内，SL1=EQ。同理，可得灯在花型2、花型3的时间段内SL1=AQ。综上所述，SL1的表达式即为：SR1、SL2、SR2的分析过程和SL1的相似，可以得到：HDQCPQCPSRSLSR66221013.4清零电路1)花型1和花型2自动循环，寄存器无需做清零处理，花型3每5拍清零一次，即状态为11111111时的下一拍要清零。由于寄存器为异步清零，因此要拿状态11111111的下一个状态来清零。此时寄存器处在右移状态，SR1=1，SR2=CP6’*QD+CP6*QH=0，即寄存器1为6右移1寄存器2为右移0，得11111111的下一个状态为11110111。寄存器低电位清零，观察真值表可得花型3清零表达式为CLR1’=CP6*CP5*QH*QE’2）三种花型运行一遍清零。即在每64拍时寄存器做清零处理，此时计数器CP6~CP1的状态为1111111：CLR2’=CP6*CP5*CP4*CP3*CP2*CP1另外，CP6的微分也可实现该功能3)系统总清零。设系统的清零信号为CLR3，1为对地支路开关断开，0为开关合上。只要上述三种情况出现一种，寄存器就要清零，因此去往寄存器的清零信号CLR的表达式：CLR=CLR1*CLR2P*CLR3总清零电路图为：CP6QEQHGROUND1&C10.00012uFR11.2kohmR22.4kohm5VVCCR33kohmclearCP5&&CP1CP2CP3CP412345611128U774LS30N&5VVCC12456U2A74LS20N&1图六其封装电路为图五所示。CP4CP5CP6QAQE111S1SL1SR1&&1S01&&15VVCC7一号寄存器CP4CP6QDQH1S1S0SR2SL21&1&&1二号寄存器X1194oneCP4CP5CP6QAQES1SL1SR1S0X2194twoCP4CP6QDQHS1S0SR2SL2U1A3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2S09S110CLK1174LS194N~CLR1U2A3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2S09S110CLK1174LS194N~CLR1X3SIGNALCPCP4CP5CP6CP1CP2CP3X42.5VX52.5VX62.5VX72.5VX82.5VX92.5VX102.5VX112.5VABTGXSC1X12qinglingCP6QEQHGROUNDCP5CP1CP2CP3CP4clearKey=SpaceJ1主电路4.总结与结论本次实验利用了1个脉冲源，8个JK触发器，2个74X194寄存器仿真了由8个彩灯组成的彩灯花式变换系统。这个课题贴近生活富有趣味，不仅检验了我们的学习成果同时也锻炼了我们应用软件的能力。通过这次试验，让我对数电知识有了更进一步的认识，学会了如何利用书本中的知识解决现实生活中的问题。同时，本次综合实验综合考察了组合逻辑电路、移位寄存器、时序逻辑电路的应用设计，让我了解了分析问题时的方法和如何对一个综合电路的设计步骤。在进行仿真运行过程中也出现了不少问题和错误，经过仔细检查和认真思考后一步步完善更正设计。最终得到比较满意的结果，对Multisim这个软件的使用也更加熟悉和了解。这让我明白想想简单的东西必须要经过实践才能知道是否真正完全掌握了，必须要经过从动脑到动手再到动脑的整个过程85、参考文献[1]数字电子技术基础.中国电力出版社,2008[2]董宏伟.数字电子技术实验指导书.中国电力出版社.2001.1附录（设计流程图、程序、表格、数据等）《电子技术》综合实验任务书一、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能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践9技能独立完成一个设计课题。2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研综合实验中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。2.5学会撰写综合实验总结报告。2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出