彩灯电路设计实习报告

彩灯电路设计实习报告

彩灯电路设计实习

报告

学院：电信学院

专业：通信工程

姓名：曹志远

学号：111041301

彩灯电路的设计

电信学院 通c 曹志远 111041301

一、基本功能介绍。

实现至少8路彩灯变换功能

(1)彩灯从右到左，然后从左到右逐次产闪烁。

(2)彩灯从右到左点亮，然后从左到右逐次依次熄灭，全亮全灭。

(3)彩灯两边同时亮2个逐次向中间移动再散开。

(4)彩灯两边同时亮2个，4亮4灭。

扩展功能：自行设计其他彩灯变换形式。

二、流程图：

48mhz

时间选择

控制频率选择器的输出脉冲

三、重点原理图。

1.分频器：

74160是十进制同步计数器芯片，74161是四位同步可预置计数器。分频器可用多个74160和74161芯片来实现，具体原理图见下图。

2.时间选择器和频率选择器。

频率选择器用八选一的数据选择器74151芯片来实现。时间选择器可以用二分频的分频器来实现。其中一个频率是另一频率的二倍，把这两个不同频率的脉冲连到频率选择器的控制端上这样就可以自动组成00、01、10、11，四个时间选择条件，使频率选择器自动选择一个脉冲。为了方便可以直接使用已设计好的分频器输出端相差为二倍的两种不同频率的脉冲。具体连接方法见下图。其中wsc4为已设计

好的分频器。

3.花样一：彩灯从右到左，然后从左到右逐次产闪烁，具体原理图如下所示。

图中74161构成一个从0000开始计数的十六进制的计数器。74191是可以双向移动的移位寄存器，当计数器的输出端为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111时，图中的74191芯片的S1=0，

S0=1，这时移位寄存器向右移动，八路彩灯从左向右逐次闪烁。当计数器的输出端为1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111时，芯片74191的S1=1，S0=0，这时移位寄存器向左移动，八路彩灯从右向左闪烁。RCO为进位输出，当74161的输出端为1111时,RCO输出1其他情况输出0.RCO输出为1时，通过一个反向门74161芯片的置数端就有一个有效的低电平使计数器重新置数，计数器重新开始计数。这样就实现了彩灯从右到左，然后从左到右逐次闪烁，循环往复。

4.花样二：彩灯从右到左点亮，然后从左到右逐次依次熄灭，全亮全灭。具体原理图如下图：

花样二和花样一的原理基本是一样的，只是芯片的连接的方法不一样，故实现的功能也不一样。花样二用了一个74161构成一个十六

进制计数器，当计数器的输出端输出0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111时，移位寄存器的S1=0，S0=1,向右移动，八路彩灯从左到右逐次熄灭。当计数器的输出端输出1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111时，移位寄存器的S1=1，S0=0，向左移动，八路彩灯从右到左依次点亮。当计时器输出端为1111时，RCO进位输出端输出1，通过一个反向门给计数器的置数端LDN一个有效的低电平使计数器重新计数。这样就实现了八路彩灯从右到左点亮，然后从左到右逐次依次熄灭，全亮全灭，循环往复。

5.花样三：彩灯两边同时亮2个逐次向中间移动再散开。具体原理图见下图：

图中用到了一个74161芯片、四个三八译码器74138芯片、2个二与

门、2个三与门、2个四与门。74161芯片构成一个从0000开始计数的五进制计数器，计数器的三个输出端QA QB QC,分别与四个三八线译码器的三个输入端A B C相连。当计数器的输出端为0000时，灯1、2、7、8亮，灯3、4、5、6灭（图中灯从上往下依次为1、2、3、4、5、6、7、8）。当计数器的输出端为0001时，灯2、3、6、7亮，灯1、4、5、8灭。当计数器输出端为0010时，灯3、4、5、6亮，灯1、2、7、8灭。当计数器输出端为0011时，灯2、3、6、7亮，灯1、4、5、8灭。当计数器输出端为0101时，灯1、2、7、8亮，灯3、4、5、6灭。此时计数器被清零，重新开始计数。这样就实现了八路彩灯两边同时亮2个逐次向中间移动再散开，循环往复。

6.花样四：彩灯两边同时亮2个，4亮4灭。具体原理图见下图：

图中74161芯片构成一个从0000开始计数的二进制计数器，计数器的输出端QA QB QC依次与三八线译码器74138芯片的三个输入端A B C 相连。灯1、2、7、8相连，同亮灭，灯3、4、5、6相连，同亮灭。当计数器的输出端为0000时，灯1、2、7、8亮，灯3、4、5、6灭。当计数器输出端为0001时，灯3、4、5、6亮，灯1、2、7、8灭。此时计数器被清零，重新开始计数。这样就实现了八路彩灯两边同时亮2个，4亮4灭，循环往复。

7.花样五（扩展功能）:八路彩灯从左至右渐亮，全亮后再分两半从左至右渐灭，循环两次；然后从中间到两边对称地逐次点亮，全亮后仍从中间到两边逐次渐灭，循环2次；然后从左至右顺次渐亮。全亮

后逆序渐灭，循环2次。具体原理图如下图所示：

要实现三种花型完全显示一遍需要的总拍数为64，即1-16为第一个花型，17-32显示第二个花型，33-64显示第三个花型。图中用了2

片74194芯片、一个74151芯片、一个7474芯片、2个74161芯片、4个非门、4个与非门。芯片74151和7474级联构成一个节拍控制电路，实现脉冲频率的变换，即产生快慢节拍。2片74161级联构成模128的计数器来控制花型的变换。

8.总原理图：

图中花样控制器是由1个三八线74138译码器和5个74151八选一的数据选择器组成的。由分频器和时间选择器选择出来的脉冲依次与5

个数据选择器的输入端D0,D1,D2,D3相连，而5个数据选择器的输出端有分别与花样1、花样2、花样3、花样4、花样5(扩展功能)的信号输入端相连。5个74151数据选择器的信号控制端A与A，B与B，C与C都相连，然后再把74151的A B C依次与74138三八译码器的输出端Y0 Y1 Y2相连。这样通过控制74138三八译码器的输入端A B C就可以选择呈现哪种花样了。当74138输入端为000时，脉冲信号与第一个74151（按从上往下的顺序）芯片D0端相连的信号被选通，触发花样1芯片工作，八路彩灯按照花样1闪烁。同理，当74138的输入端为001时，八路彩灯按照花样2工作。当74138的输入端为010时，八路彩灯按花样3工作。当74138的输入端为011时，八路彩灯按花样4工作。当74138的输入端为100时，八路彩灯按花样5,工作。值得一提的是花样1、2、3、4、5打包后的芯片与八路彩灯的连接方式，这里用到了40个2与门，5个五与门。具体连接方式可见下图：

图中是花样1（d2）、2（d1）打包后芯片与2与门和五与门的连接方式，花样3、4、5的连接方法与1、2是一样的，，输出端都与其相连

的的74151芯片的GN端相与后再接到一个五与门上。这样做的目的是为了保证当其他花样不选通时，他们的输出端都是“1”，这样再与选通端的信号分别相与，选通端的信号就不会受影响，八路彩灯就会按选通花样变化。

三、在设计过程中遇到的问题及解决办法：

1.刚开始设计的是分频器，当我连接好电路编译时，软件出现了报错，经过仔细查找发现有个线连重了，修改之后又编译发现无错误，下载到芯片，观察灯的闪烁情况符合设计要求。

2.在设计花样一时，没有注意芯片上的灯是低电平亮，高电平灭。设计好的的原理图编译下载到芯片上测试时，发现八路彩灯变化形式跟预期的正好相反。发现问题后，在原先的原理图上，每个与彩灯相连的输出端都接上一个反向门，这样高电平就变成了低电平，然后重新编译测试，观察八路彩灯的变化情况，符合设计要求，问题得到解决。

3.在设计花样四时，设计好电路图，编译成功后，下载到芯片，但八路彩灯未按照预期的设计变化，中间的四盏灯亮过后没有灭，出现了八盏灯同时亮，然后中间的四盏灯才灭，经过分析，发现原理图中用7490芯片设计的三进制计数器出现了问题，后来换用了74161芯片改成模三计数器连接到电路中，然后编译下载到芯片，观察八路彩灯的变化，符合预期要求。

4.在设计花样三时，一开始毫无头绪，一直想用2片74194的双向移位寄存器来实现，但是想了很久没思路，后来联想到花样四的设计原

理，就采用了用74161计数器和74138译码器实现，最后编译下载到芯片，观察八路彩灯的变化情况，符合设计要求。

5.当四个基本功能和一个扩展功能的设计都完成后，接下来在功能集成的时候遇到了麻烦。开始设计的时候用74138译码器来实现芯片的选通，进而控制彩灯的花型，由于没有意识到74138输出端输出的只可能是高电平或者低电平，没有上升沿和下降沿的触发来使计数器工作，后来就添加了74151数据选择器来选通芯片。因为数据选择器输出的是一个脉冲信号，有上升沿和下降沿，这样就可以触发计数器工作了。

6.当把各个功能的集成电路连接好后，编译下载到芯片，观察八路彩灯的变化情况，发现未能符合设计要求。后来发现在设计电路的过程中默认未选通的花样芯片输出端是高电平，经过测试发现未选通花样芯片的输出端并不是高电平，而是有高电平也有低电平。这样通过与门就会使选通端的输出信号受到影响，不能正常呈现其花色。为了避免选通花样芯片的输出信号不受影响，把每个花样芯片的输出端与其输入端相连的74151数据选择器的GN端通过一个二与门相与，这样就保证未选通的花样芯片的所有输出端输出的是一个高电平。然后未选通芯片输出的高电平在与选通花样芯片的输出端相与就不会影响选通花样芯片的输出信号。把重新改好的原理图编译下载到芯片，观察八路彩灯的变化，符合设计要求。

7.在实验过程中，把从自己电脑上用quartus9.0编的原理图，直接拷到实验室的电脑上发现编译有错，实验室电脑装的是quartus5.0，所

以用quartus9.0编的原理图在5.0上编译会有错。

四、实习心得与体会。

通过短暂的将近2周的实习，我觉得自己学到了很多东西，而且很大程度上也锻炼了自己的动手能力。通过本次实习，自己熟练地掌握了quartus ii这个软件，知道了怎样用这个软件去设计原理图。也熟悉了八选一数据选择器74151，计数器74161,三八线译码器74138,双向移位寄存器74194等很多芯片的使用。同时也熟悉了根据功能设计电路的流程，提高了自己分析问题，解决问题的能力。实习过程中也深深的感受到了纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行这个道理，意识到自己还存在不足，要在以后的学习过程中不断地弥补自己的不足，完善自己。在本次实习中，也得到了亲爱同学的帮助，增加了我们之间的友谊。同时也非常感谢敬爱的老师给自己的帮助与指点，帮助自己检查出了问题，使自己能够顺利的解决问题，完成本实验。