课程设计(综合实验)报告
( 2013 -- 20## 年度第 1 学期)
名 称：电子技术综合实验
题 目：移位寄存器彩灯控制器
院 系：电气与电子工程学院
《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、主要内容
共有7个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。
1.移位寄存器型彩灯控制器
2.智力竞赛抢答器
3.电子拔河游戏机
4.交通信号灯控制器
5.数字电子钟
6.电子密码锁
7.数字电子钟（硬件）
三、进度计划
四、设计（实验）成果要求
1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。
2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。
3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。
五、考核方式
综合以下指标评定综合实验总成绩：优、良、中、及格和不及格。
1.设计方案的正确性与合理性；
2.实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；
3.总结报告；
4.答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；
5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。
学生姓名：
指导教师：樊冰
年 月 日
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采用移位寄存器设计一个彩灯控制器。
2.2要求三种变换花型
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。
花型1：8路彩灯从左至右顺次渐亮，全亮后 从中间向两侧顺次渐灭；循环两次。
花型2：8路彩灯从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后反向（两边向中间）渐灭。循环两次。
花型3：8路从左向右依次按照：1、3；2、4；3、5；4、6；5、7；6、8的顺序点亮彩灯，同时只有两个灯处于亮的状态，循环两次。
花型如图：
二、设计（实验）正文
1、明确设计要求。设彩灯控制器输出为1时可以点亮彩灯，为0时不能点亮，根据原题要求列出彩灯一次总循环的状态列表。考虑到74X194能左移、右移、清零或并行置数，可满足题目的要求，两片74X194共有8个输出信号，分别控制8路彩灯。一次花型循环为53拍，还有一次（异步）清零。此外，设计还要求慢节拍和快节拍各循环一次，所以总共需要106拍。对彩灯的控制信号来说，需要的状态数54个。当一次循环完成后，需要一个信号改变所选的时钟的频率。
2、由以上的分析，可将电路分为三部分：
3、下面分别设计这三部分电路：
（1）节拍产生电路：这部分电路其实要完成两个功能。一是54个状态的产生，二是时钟频率的选择。
用3个74ls161实现。其中，两个74ls161组成计数器，记54个状态。另一个74ls161参与频率选择。
电路图如下：
（2）控制信号产生电路。用产生的状态经过一定的逻辑运算后控制74X194的S0、S1、SR、SL即可得到所需要的花型。
真值表如下：
列出状态表，经卡诺图化简后，可得到控制信号和状态量的关：
S1(1)=Q5Q4Q3Q2+Q5Q3Q2+Q5Q4Q3Q2+Q3Q2Q1Q0+Q5Q4Q3Q2Q0
S0(1)=Q5Q3Q2+Q4Q2+Q5Q3+Q3Q2+Q5Q4
SL(1)=Q5+Q4Q2
SR(1)=Q5Q4+Q5Q3
S1(2)=Q4Q3Q2+Q5Q4Q3Q2+Q5Q2Q1Q0+Q5Q3Q2Q0
S0(2)=Q5Q3Q2+Q3Q2+Q5Q3+Q5Q2+Q4Q3
SL(2)=0
SR(2)=Q5Q4Q2+Q4Q3+Q5Q4Q1Q0+Q4Q2Q0+Q3Q2Q0
此过程需要门电路组合实现：
（3）花型产生电路：用两片74X194的八路输出分别控制八个彩灯即可。电路图如下：
（4）
将这3部分结合起来，就形成了完整的电路图 ：
三、课程设计（综合实验）总结或结论
1．本实验应用元件比较多，结构较为复杂，每一步都要仔细认真，分块接线检验，否则整个检查十分困难，把握好每个模块是实验的关键。尤其是连控制电路时，由于连线过多，容易出错。
2. 设计控制信号产生电路时，考虑到要实现的是六变量的组合逻辑函数，比较复杂，平时所学的芯片似乎都无法完成此功能，于是就采用了多个门电路来实现，并且，门电路选择上也要考虑，由于信号到达门的时间不同，可能会导致花型紊乱。应尽量选择2脚门电路。
3．实验中要注意细节，注意芯片的清零功能和置位功能，注意是同步还是异步的。
5．通过几天的努力，认识到实际电路很复杂，还需要加强这方面的知识。
6.对数字电路的设计分析有了较为明确的了解。
7.处理六变量化简问题，用到了逻辑分析仪，得到的电路美观且准确，值得借鉴。
8.通过这次实验设计，巩固了数字电子技术的知识，对学习这门课程有了很大的帮助，对各种芯片的功能和用法有了更深刻的理解，培养了我思考问题和解决问题的能力。复杂的电路连线，也是对耐心、细心和恒心的考验。从中我体会到了很多乐趣，也学到了很多知识，实在是获益匪浅。
第二篇：湖南工大-数电实验六 移位寄存器及其应用
实验六 移位寄存器及其应用
一、 实验目的
1、掌握中规模4位双向移位寄存器逻辑功能及使用方法。
2、熟悉移位寄存器的应用—实现数据的串行、并行转换和构成环形计数器。
二、 实验原理
1、移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器,只需要改变左、右移的控制信号便可实现双向移位要求。根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。
本实验选用的4位双向通用移位寄存器，型号为CC40194或74LS194，两者功能相同，可互换使用，其逻辑符号及引脚排列如图9—1所示。
图9—1 CC40194的逻辑符号及引脚功能
其中D0、D1、D2、D3为并行输入端; Q0、Q1、Q2、Q3为并行输出端；SR为右移串行输入端，SL为左移串行输入端；S1、S0为操作模式控制端；
R为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。
CC40194有5种不同操作模式：即并行送数寄存，右移（方向由Q0～Q3），左移(方向由Q3～Q0)，保持及清零。
S1、S0和R端的控制作用如表9—l。
表9—l 
2、移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器;顺序脉冲发生器；串行累加器；可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等。本实验研究移位寄存器用作环形计数器和数据的串、并行转换。
（1）环形计数器
把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，就可以进行循环移位，如图9—2所示，把输出端Q3和右移串行输入端SR相连接，设初始状态Q0Q1Q2Q3=1000，则在时钟脉冲作用下Q0Q1Q2Q3将依次变为0100→0010→0001→1000→……，如表 9—2所示，可见它是一个具有四个有效状态的计数器，这种类型的计数器通常称为环形计数器。图9—2电路可以由各个输出端输出在时间上有先后顺序的脉冲。因此也可作为顺序脉冲发生器。
图9—2环形计数器 表9—2
如果将输出Q0与左移串行输入端SL相连接，即可实现左移循环移位。
（2）实现数据串、并行转换
①串行／并行转换器
串行／并行转换是指串行输入的数码，经转换电路之后变换成并行输出。图9—3是用二片CC40194（74LS194）四位双向移位寄存器组成的七位串／并行数据转换电路。
图9—3 七位串行／并行转换器
电路中S0端接高电平1，S1受Q7控制，二片寄存器连接成串行输入右移工作模式。Q7是转换结束标志。当Q7＝1时，S1为0,使之成为S1S0＝01的串入右移工作方式，当Q7＝0时，S1＝1, S1S0＝10则串行送数结束，标志着串行输入的数据已转换成并行输出了。’
串行／并行转换的具体过程如下：
转换前，R端加低电平，使1、2两片寄存器的内容清0，此时S1 S0＝11，寄存器执行并行输入工作方式。当第一个CP脉冲到来后，寄存器的输出状态Q0～Q7为01111111,与此同时S1 S0变为01，转换电路变为执行串入右移工作方式，串行输入数据由1片的SR端加入、随着CP脉冲的依次加入，输出状态的变化可列成下表9－3所示、
表9－3
由表9一3可见，右移操作七次之后，Q7变为0，S1 S0又变为11。说明串行输入结束。这时，串行输入的数码已经转换成了并行输出了。
当再来一个CP脉冲时，电路又重新执行一次并行输入，为第二组串行数码转换作好了准备。
②并行／串行转换器
并行／串行转换器是指并行输入的数码经转换电路之后，换成串行输出。
图9—4是用两片CC40194（74LS194）组成的七位并行／串行转换电路，它比图9－3多了两只与非门G1和G2，电路工作方式同样为右移。
图9—4 七位并行／串行转换器
寄存器清“0”后，加一个转换起动信号（负脉冲或低电平）。此时，由于方式控制S1 S0为11，转换电路执行并行输人操作。当第一个CP脉冲到来后，Q0Q1Q2Q3 Q4Q5Q6Q7的状态为D0D1D2D3 D4D5D6D7，并行输入数码存入寄存器。从而使得G1输出为 1， G2输出为0，结果S1 S0变为01，转换电路随着CP脉冲的加入，开始执行右移串行输出，随着CP脉冲的依次加入，输出状态依次右移，待右移操作七次后，Q0～Q6的状态都为高电平1，与非门G1输出为低电平，G2门输出为高电平，S1 S0又变为11,表示并／串行转换结束。且为第二次并行输入创造了条件。转换过程如表10—4所示。
表9—4
中规模集成移位寄存器，其位数往往以4位居多，当需要的位数多于4位时，可把几片移位寄存器用级连的方法来扩展位数。
三、 实验设备及器件
l、十5V直流电源、2、单次脉冲源
3、逻辑电平开关 4、逻辑电平显示器
5、74LS194（CC40194 ×2）74LS00（CC401 l）74LS30（CC4068）
四、 实验内容
l、测试74LS194（或CC40194）的逻辑功能按图9—5接线,R、S1 、S0、SL、SR、D0、D1、D2、D3分别接至逻辑开关的输出插口。Q0、Q1、Q2、Q 3接至逻辑电平显示输入插口。CP端接单次脉冲源，。按表9—5所规定的输入状态，逐项进行测试。
图9—5 CC40194逻辑功能测试
（1）清除：令R＝0,其它输入均为任意态，这时寄存器输出Q0、Q1、Q2、Q 3应均为0。清除后，置R＝l。
（2）送数：令R＝S1＝S0＝l，送入任意4位二进制数，如D0D1D2D3＝abcd，加CP脉冲，观察CP＝0、CP由0→1、CP由1→0三种情况下寄存器输出状态的变化，观察寄存器输出状态变化是否发生在CP脉冲的上升沿。
(3) 右移：清零后，令R＝l，S1＝0，S0＝1，由右移输入端SR进入二进制数码如0100，由CP端连续加4个脉冲，观察输出情况，记录之。
（4）左移：先清零或予置，再令R＝l， S1＝1， S0＝0，由左移输入端SL送入二进制数码如1111，连续加四个脉冲，观察输出端情况，记录之。
（5）保持：寄存器予置任意4位二进制数码abcd，令R＝l，S1＝S0＝0，加CP脉冲，观察寄存器输出状态，记录之。
2、环形计数器。
自拟实验线路用并行送数法予置寄存器为某二进制数码（如 0 100），然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化，记入表9—6中。
表9—5
表9—6
3、实现数据的串、并行转换
（1）串行输入、并行输出
按图9—3接线，进行右移串入、并出实验，串入数码自定：改接线路用左移方式实现并行输出。自拟表格，记录之。
(2)并行输入、串行输出
按图9—4接线，进行右移并入、串出实验，并入数码自定。再改接线路用左移方式实现串行输出。自拟表格，记录之。
五、 实验预习要求
1、复习有关寄存器及串行、并行转换器有关内容。
2、查阅CC40194、CC4011及CC4068逻辑线路。熟悉其逻辑功能及引脚排列。
3、对CC40194进行送数后，若要使输出端改成另外的数码，是否一定要使寄存器清零?
4、使寄存器清零，除采用R输入低电平外，可否采用右移或左移的方法？可否使用并行送数法？若可行,如何进何操作？
5、若进行循环左移，图9—4接线应如何改接？
6、画出时两片 CC40194构成的七位左移串／并行转换器线路。
7、画出用两片CC40194构成的七位左移并／串行转换器线路。
六、 实验报告
1、分析表9—4的实验结果，总结移位寄存器CC40194的逻辑功能并写入表格功能总结一栏中。
2、根据实验内容2的结果，画出4位环形计数器的状态转换图及波形图。
3、分析串／并、并／串转换器所得结果的正确性。