课 程 设 计
课程名称 电子技术综合设计与实践 题目名称 彩灯循环控制器 学生学院 专业班级 学 号
学生姓名 指导教师
2011 年 11月 17日
大学课程设计任务书
题目名称
彩灯循环控制器
学生学院 专业班级 姓 名 学 号
一、课程设计的内容
完成彩灯循环显示器的设计任务。
二、课程设计的要求与数据
设计要求包括：
1. 10路彩灯分别用DE2上的10个LED灯L0、L1…..L9模拟，设置1个数码管用来进
行10路彩灯的编号显示。
2. 要求显示四种不同的花型：1）10路彩灯按照L0、L1…..L9的顺序轮流点亮，相对应
的数码管依次显示数字0、1、2….9。
2） 10路彩灯按照先奇数次灯、后偶数次灯的顺序轮流点
亮，相对应的数码管依次显示1、3、5、7、9、0、2、4、6、8。
3） 10路彩灯按照L0L1亮、L1 L2亮、L2L3亮、…L8L9的、
L9L0顺序轮流点亮。
4） 10路彩灯按照L0L9、L1L8、L2L7、L3L6、L4L5的顺序
依次点亮，然后按相反的顺序依次灭掉。
以上四种花型一直反复循环显示，每种花型中的灯点亮时间间隔为1s。
3. 控制电路应有启动和复位按钮。按下复位按钮，数码管自动清零不作显示；按下启动
按钮，彩灯按上述规律变化。
三、课程设计应完成的工作
1. 利用各种电子器件设计彩灯循环控制器； 2. 利用DE2板对所设计的电路进行验证； 3. 总结电路设计结果，撰写课程设计报告。
四、课程设计进程安排 序号 1
设计各阶段内容 选择课程设计题目，分析题目要求及熟悉实验软件。 地点 实验2号楼214 起止日期 星期一 II
2 3 4 5 6 查阅资料，提出设计方案并讨论，设计电路。 进行原理图输入并调试电路 调试电路、改进 下载并检查 实验2号楼214 实验2号楼214 实验2号楼214 实验2号楼214 星期二 星期三 星期四 星期五 五、应收集的资料及主要参考文献
参考文献必须是学生在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列。各类文献的书写格式如下：
a．连续出版物
[序号] 作者名．文献题名[J]．期刊名，出版年份，卷号（期号）：引用部分起止页码。
b．专著
[序号] 作者名．文献题名[M]．出版地：出版者，出版年：引用部分起止页码。
c．会议论文集
[序号] 作者名．文献题名[A]．主编．论文集名[C]．出版地：出版者，出版年：引用部分起止页码。
发出任务书日期： 2011 年 月 日 指导教师签名：
计划完成日期： 2011 年 月 日 基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
摘 要
这次的课程设计用74192计数器，7442译码器，74153多路选择器和7447译码器来实现彩灯循环的控制。彩灯循环电路的实质是由计数器产生一系列计数，经过译码器，多路选择器后变成一系列有规律的序列，最后由指示灯和数码管分别显示出来。其中有规律的序列包括自然序列，奇数序列，偶数序列还有另外两个移动循环序列。
III
关键词：计数器，译码器，多路选择器，数码管
目录
1.设计内容和要求： ........................................................................................................................................................ 2 ⑴10路彩灯分别用10个发光二极管L0、L1…..L9模拟 ........................................................................................... 2 ⑵按要求显示四种不同的花型 .................................................................................................................................... 2 ⑶该控制电路应有启动和复位按钮 ............................................................................................................................ 2 2. 总体设计思路及设计方案 .......................................................................................................................................... 3 3. 各模块电路设计与实现 .............................................................................................................................................. 4 3.1计数电路单元 ......................................................................................................................................................... 4 3.2编码单元电路 ......................................................................................................................................................... 4
3.2.1自然序列显示电路 ......................................................................................................................................... 4 3.2.2奇数序列和偶数序列 ..................................................................................................................................... 5 3.2.3花形3单元电路 ............................................................................................................................................. 7 3.3指示灯显示电路 ..................................................................................................................................................... 8 3.4数码管显示电路 ..................................................................................................................................................... 8
⒋实验结果 ........................................................................................................................................................................ 9 ⒌总结 ................................................................................................................................................................................ 9 参考文献： ...................................................................................................................................................................... 10
1.设计内容和要求：
⑴10路彩灯分别用10个发光二极管L0、L1…..L9模拟。 ⑵按要求显示四种不同的花型：
① 10路彩灯按照L0、L1…..L9的顺序轮流点亮，相对应的10个数码管依次显示数字0、1、2…、9。
② 10路彩灯按照的顺序轮流点亮，相对应的数码管依次显示1、3、5、7、9、0、2、4、6、8。
③ 10路彩灯按照L0L1亮、L1 L2亮、L2L3亮、…L8L9、L9L0的顺序轮流点亮。
④ 10路彩灯按照L0L9、L1L8、L2L7、L3L6、L4L5的顺序依次点亮，然后按相反的顺序依次灭掉。 以上四种花型一直反复循环显示。即：①->②->③->④->①… ⑶该控制电路应有启动和复位按钮：
按下复位按钮，全部数码管自动清零显示数字“0”；按下启动按钮，彩灯按上述规律变化。
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2. 总体设计思路及设计方案
本次设计总电路由计数电路，编码单元电路，指示灯电路和数码管显示电路组成，其总电路结构框图如图1所示：
编码单元电路1 CP计 数 电 路 编码单元电路2 数码管显示电路 编码单元电路3 指示灯电路 编码单元电路4
图1
首先输入脉冲信号和开始信号，计数电路产生0—9的四位二进制计数，这四位二进制计数分别送到编码单元的各个电路，从而产生四个不同的花形，再由计数电路控制四个花形按顺序输出。其总电路图如图2所示：
图2
3
3. 各模块电路设计与实现
3.1计数电路单元
该电路单元用74192计数器来实现。74192是双时钟十进制计数器。本电路用74192来实现0000—1001的十进制计数，同时用另外一个74192的低两位来实现四个花形的顺序输出。其
电路图如图3所示：
图3
3.2编码单元电路 3.2.1自然序列显示电路
由于该设计的计数单元本身就是十进制计数器，可以直接输出自然序列。 这个序列的状态如表1： DCBA L9.L8.L7.L6.L5.L4.L3.L2.L1.L0 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0001 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0010 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0011 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0100 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0101 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0110 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0111 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1000 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
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1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 表1 但为了实现四个花形的顺序输出，该自然序列显示电路还是要经过7442译码器和74153多路选择器。7442译码器的作用在于将4位BCD码的10组代码翻译成10个与十进制数字符号对应的输出信号，图中输入端ABCD为8421码，输出端O0N—O9N分别代表十进制数字0—9。74153是个双4路选择器，其功能是选择输出四个编码单元电路的值。本电路中用了5个74153来选择输出四个花形。74153的器件上用1C0和2C0来连接对应的输出端O0N—O9N。当74153器件的A和B为00时，顺序输出自然序列的值。最后经过指示灯和数码管显示出来。如图4所示：
1001
图4
3.2.2奇数序列和偶数序列
本次设计所使用的计数单元本身就是一个十进制计数器，因此可以用错位的方法来实现奇数序列和偶数序列的输出，所使用的元件仍然是7442译码器和74153多路选择器。7442译码器的使用方法跟自然序列所使用的方法一样，只是74153选择器的接法不同。 这个序列的状态如表2： DCBA L9.L8.L7.L6.L5.L4.L3.L2.L1.L0 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0001 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0011 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0100 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0101 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0110 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0111 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1000 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1001 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 表2 本次设计中用了五个74153选择器来实现10个状态的输出。其中从上到下分别代表10个状态输出组。如图5所示。为了实现奇数序列和偶数序列的输出，就让7442的第一个输
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出量O0N连接到第一个74153的2C1，7442的第二个输出O1N连接到第二个74153的2C1，7442的第三个输出O2N连接到第三个74153的2C1，7442的第四个输出O3N连接到第四个74153的2C1，7442的第五个输出O4N连接到第五个74153的2C1，7442的第六个输出O5N连接到第一个74153的1C1，7442的第七个输出O6N连接到第二个74153的1C1，7442的第八个输出O7N连接到第三个74153的1C1，7442的第九个输出O8N连接到第四个74153的1C1，7442的第十个输出O9N连接到第五个74153的1C1，这样经过74153后输出的序列为1，3，5，7，9，0，2，4，6，8。
图5
6
3.2.3花形3单元电路
本次设计所使用的计数器是十进制计数器，为了按照顺序01，12，23，34，45，56，67，78，，90的输出，可以使用相关联的方法，使某一个变量关联下一个变量，从而达到两个
变量同时输出。这里使用了10个与门。
这个序列的状态如表3： DCBA L9.L8.L7.L6.L5.L4.L3.L2.L1.L0 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0001 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0010 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0011 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0100 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0101 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0110 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0111 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1000 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1001 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 表3 连接方法如图6所示：
图6
本次设计使用的计数器是十进制计数器，为了实现09，18，27，36，45顺序依次点亮，再反序依次灭掉的序列，要使用与门来实现。这个序列的状态如表4： DCBA L9.L8.L7.L6.L5.L4.L3.L2.L1.L0 0000 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0001 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0010 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1
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0011 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0100 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0101 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0110 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0111 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1000 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 表4 由表中可以看出0000和1000，0001和0111，0010和0110，0011和0101的输出是一样的，因此可以相关联在一起，使用与门。如图中O0N与O8N用一个与门连起来，O1N和O7N，O2N和O6N，O3N和O5N都分别用一个与门连起来。为了实现一次输出后，下次输出时上次输出的灯还同时亮，必须用与门把本次的输出连接到上一次的输出。如图7所示。
图7 3.3指示灯显示电路
这个指示灯显示电路就由10个输出管来实现。这10个输出管分别对应于5个74153的10个输出变量。如图8所示：
图8
3.4数码管显示电路
这个数码管显示电路由两个7447元件实现。元件如图9所示。
8
图9
⒋实验结果
完成总电路图后，经编译无误后，加载到DE2板，然后运行。实验结果如下： 10路彩灯能在编号依次所要求的四种花形下点亮，10个数码管能依次显示相应的数字，且不断循环，每个数字显示时间相等；并且该控制电路应有启动、复位按钮。按下复位按钮，自动清零显示数字“0”；按下启动按钮，彩灯按上述规律变化。
⒌总结
该电路的设计基本上完成了实验的要求功能。按下复位键能够复位，然后按下启动键才能开始运行。
在设计这个电路的时候遇到了许许多多的问题，例如：怎样能使10路彩灯能够自动循环点亮，怎样使彩灯显示奇数偶数数字，怎么切换到花型，怎样把这些模块电路连接起来等等问题。这些问题都是要经过上网查找资料，了解芯片的功能，在草稿纸上一遍又一遍的画出电路图，经过化简后再在软件QuartusⅡ上做出相应的电路图。
在这次的课程设计中，我收获很大，具体有以下几方面：
1. 学以致用。在学习数字电路的过程中，上课我们都是些理论上的东西，并且上学期做实验也是照着书本上给出设计好的电路连线，却一直都没有正在运用到自己所学的知识来设计一个电路。而这次的课程设计真正让我们通过自己的知识和努力，通过自己查阅资料、分析来解决问题。这不但能巩固我们所学的理论知识，又能提高我们的实践能力。
2. 学会分析解决设计上的问题。在设计电路的过程中，每一步都要自己去思考分析，遇到问题时，经常都要经过多次的尝试来解决改善问题，有时一点微小的错误都会影响到结果的正确以否，而这些微小的错误经常都是很难发现，这就需要我们学会仔细分析问题。 3. 懂得了如何去安装调试电路。设计电路，关键步骤还在于解决实际遇到的问题，安装调试出正确的结果，这一步是至关重要也是最为困难的。很多时候，理论分析正确，调试却不一定正确，这关键也在于调试过程是否正确。我们必须遵循一些安装调试步骤，先单个调试，然后再整体调试，先局部再整体，切不可一次安装后调试，因为这样是很难查出错误来。
总之，这次的课程设计的收获是很大的，通过这几天的努力，终于设计出“彩灯循环控制器”的电路。从开始的无从下手到熟悉各种芯片的功能，到尝试着设计各个单元电路，再到每个细节问题错误的改进和矫正，这里的每一步都是一个大大的提高，特别是许多的
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细节问题都是很棘手的。但是结果证明，只要不断地努力，不断地思考，目标是一定会实现的。
参考文献：
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