北京电子科技学院
课程设计报告
( 2008 -- 2009 年度第二学期)
名称：数字电子技术课程设计
题目：彩灯控制系统
学号：20071216
学生姓名：刘子涛
指导教师：冼立勤
成绩：
日期：2009年5月19日
目录
一、电子技术课程设计的目的与要求 (3)
二、课程设计名称及设计要求 (3)
三、系统框图及简要说明 (4)
四、方案选择与论证 (4)
五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等） (4)
六、总体电路 (5)
七、实验过程 (5)
八、心得体会 (6)
附录I：总原理图 (6)
附录II：multisim仿真图 (7)
附录III：元器件清单 (7)
附录IV：参考文献 (7)
一、电子技术课程设计的目的与要求
1.电子技术课程设计的目的：
课程设计作为数字电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。

按照本专业培养方案要求，在学完专业基础课数字电子技术课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计小型数字系统的方法，独立完成系统设计及调试，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。

通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。

2.电子技术课程设计的要求：
1)教学基本要求
要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，按要求写出课程设计报告。

教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。

2)能力培养要求
（1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。

（2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实
用电路的分析方法和工程设计方法。

（3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。

（4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。

（5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

二、课程设计名称及设计要求
1.设计名称：彩灯控制系统
2.设计要求
1)四路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。

2)四路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。

3)四路彩灯同时点亮，时间为0.5秒，然后同时变暗，时间为0.5秒, 反复4次。

4)（选做）多种图形方案选择显示。

三、系统框图及简要说明
系统逻辑框图详见附录I，其中脉冲源采用555多谐振荡器构成，，用以提供频率为1Hz的时钟信
号；分频器将1Hz的时钟信号四分频，产生0.25Hz（即4s）的时钟信号；节拍控制器产生3个节拍循环的控制信号；节拍程序执行器完成在每个节拍下的系统动作，即数据的左移、右移、清零和送数功能，可由双向通用移位寄存器74LS194完成；显示电路完成系统循环演示，这里采用发光二级管模拟。

四、方案选择与论证
先利用Multisim设计这个四路彩灯控制器，用信号发生器、分频器、节拍控制器、节拍程序执行器以及显示电路来构成整个电路，主系统接收到脉冲信号后，经过处理，分三个状态经显示电路输出，并加入非门去除信号毛刺并适当延时。

系统启动后将自动从初始状态按规定程序完成3个节拍的循环演示。

五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等）
1）秒脉冲信号发生器
为了简化电路设计，选用lHz脉冲信号源代替秒信号发生器。

采用的是555多谐振荡器构成。

参数计算：时钟为1hz信号，公式如果当r1=r2时， T=3r*c*ln2，当c=10uF，T=1s，则r=49kΩ
2）分频器
采用一块74LS74N中的两个D触发器，连接成四进制异步减法计数器。

3）节拍控制器
该系统有3个不同的工作节拍，是由状态（Q1,Q0）的三种编码（10，01，11）表示的。

选用一块74LS74N中的两个D触发器和一块74LS00D中的一个与非门构成三进制计数器。

驱动方程如下：
D1=Q0 D2=(Q1Q0)
表一状态转移表
4）节拍程序执行器
该执行器由双向移位寄存器73LS194构成，功能表如下图
CR为低电平时具有异步清零功能。

CR=1，M1M0=01时，寄存器实现保持右移功能，在CP作用下，数据由高位向低位移动，D SR数据（此处为低电平）移入Q3并右移，M1M0=10时，寄存器
实现左移功能，CP作用下，数据由低位向高位移动，左移输入端D SL数据移入Q0；M1M0=11时，
寄存器实现并行输入功能，并行输入数据D3D2D1D0=ABCD寄存到Q端，时钟上跳后，Q3Q2Q1Q0=
D3D2D1D0=ABCD。

表二 74LS194逻辑功能表
5）显示电路
四个不同颜色的发光二极管接收信号好，将循环地三个不同的状态（齐闪四次，从左至右间亮，从右至左间灭）进行输出。

六、总体电路
整个电路的仿真图见附录二，接通电源或打开开关后，555组成的信号发生器向分频器及74LS194提供1Hz的频率信号，得到0.25Hz的时钟信号，对三个节拍输出进行控制，及各个节拍保持四秒，最后二极管即可按要求循环显示三种状态的发光。

七、实验过程
1.选择题目后，通过阅读《数字电子技术课程设计指导书》和《数字电子技术基础》，决定使用
d触发器完成实验。

2.在网络和书本上查找有关彩灯控制系统的相关信息和各种元件的资料，为建立仿真图做好准备。

3.在multisuim中建立彩灯系统的原理图，通过仿真，查看结果，改进自己的电路结构。

4.在得到面包板后，规划器件放置的位置。

5.在实验室依照管脚图，连接电路。

6.在数字实验箱上完成第一步测试，利用实验箱上的时钟信号和电源，观察结果。

7. 上一步没有错误可以进行下一步，如果没有得到预想的通过在实验箱上的检查，更改错误。

8. 给电路安装二极管和555电路。

9. 只给电路5v 直流电压，观察结果和修改电路。

10. 提交结果，完成答辩。

八、心得体会
在这次课程设计中，我选择了彩灯控制系统的控制，通过设计，觉得还是挺简单的，但是在实验中我却遇到了很多困难。

有的时候辛辛苦苦的把线连好了但发现功能实现不了时，你不得不先拆掉一部分用来检查；有的时候你会比较烦躁不安；有时候你会因为自己的疏忽而犯了一个又一个的失误并在后来浪费了大量时间等等。

整整三天的辛勤工作，终于取得了预想的结果。

在这几天的日子里，我经历了阶段性成功，但在测试时没有得到预想的结果，一度陷入了困惑，沉思后，决定重新布局电路；而当电路有些功能不能实现时，不得不逐个地对电路的各个单元及线路进行排查，不断地排除，不断地检测，在个人的努力和同学启迪下的第三天，终于得到预想的结果，也得到了一个比较简洁的电路，线比以前的有序了很多。

在这次实验下，掌握了书本以外的的电子技术知识，在不知道芯片的工作原理通过查找相关资料和手册后知道了如何使用相应的芯片。

在这次的实验中我对数字电子电路又有了更深的了解，对电路的认识、设计以及错误的排查能力都有很大的提高，而且锻炼了很多实验以外的东西，如如何耐心和认真的进行几个小时的实验，并且几天都在进行，面对失败和挫折时你要的是总结经验而不是生气和放弃。

总结这次实验，我充分感受到了“不经历风雨怎么见彩虹”这句话
附录I ：总原理图
图一 四路彩灯控制系统硬件框图
附录II ：multisim 仿真图
图二彩灯控制系统multisim仿真图
附录III：元器件清单
实验设备：数字数字实验箱
芯片：74LS00 1片， 74LS74 2片，74LS194 1片， NE555 1片电阻：50KΩ1只，500Ω1只，49KΩ1只
电容：10nF 2只，20nF
其他：发光二极管4只
附录IV：参考文献
1.《数字电子技术基础（第五版）》
高等教育出版社2005年5月5版主编：阎石
2.《数字电子实验指导书》
北京电子科技学院电子技术实验室编
3.《EDA技术与数字系统设计》
北京航空航天大学出版社 2002年版主编：包明
4.《电子电路EDA技术》
西安电子科技大学出版社 2000年版主编：赵世强
5.《标准数字电路 54-74 TTL 全系列手册（中文）》。