多功能流水燈

1、19太原科技大學(xué) 課程設(shè)計(jì)電子課程設(shè)計(jì) 多功能流水燈 學(xué)院： 電子信息工程學(xué)院 專業(yè)、班級(jí)： 電氣141503 姓名： 任雷浩 學(xué)號(hào)： 201415010321 指導(dǎo)教師： 閆曉梅 2016年12月目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求-（3）二、總體框圖-（3）三、選擇器件-（4）四、功能模塊-（10）五、總體設(shè)計(jì)電路圖-（13）六、心得體會(huì)-（15）多功能流水燈一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、彩燈有單向流水效果。2、的流向可以改變?？梢哉蛄魉部梢阅嫦蛄魉?。燈流動(dòng)的方向可以手控，也可以自控，自控往返變換時(shí)間為5秒鐘。3、可以間歇流動(dòng)，10秒鐘間歇一次，間歇時(shí)間為一秒。4、 彩燈的流速以人眼看清為準(zhǔn)。二、設(shè)計(jì)思

2、路 通過74ls194實(shí)現(xiàn)燈泡左右移動(dòng)的功能，74ls194后接觸發(fā)器使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，通過開關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)左右移動(dòng)功能，十一進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)其十秒強(qiáng)制停一秒，總體思路是這樣，下面詳細(xì)介紹。三、選擇器件 本次課程設(shè)計(jì)所用器件如下表：型號(hào)名稱數(shù)目74LS194移位寄存器274LS08兩輸入與門174LS32二輸入與或門274LS04非門274LS00二輸入與非門1LED燈發(fā)光二極管8LED顯示屏四段顯示數(shù)碼管274LS112JK觸發(fā)器174LS160十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器2555脈沖信號(hào)發(fā)生器21）74LS194芯片介紹 74LS194是一個(gè)4位雙向移位寄存器，最高時(shí)鐘脈沖為36MHZ，其邏輯符號(hào)及引腳排列

3、如下圖所示： 其中：D0D1為并行輸入端；Q0Q3為并行輸出端；SR-右移串引輸入端；SL左移串引輸入端；S1、S0-操作模式控制端； -為直接無條件清零端；CP為時(shí)鐘脈沖輸入端。74LS194模式控制及狀態(tài)輸出如下表所示。用74 LS194構(gòu)成8位移位寄存器。電路也如下圖所示，將芯片（1）的Q3）接至芯片（2）的SR，將芯片（2）的Q4接至芯片（1）的SL，即可構(gòu)成8位的移位寄存器。 2）74LS160芯片介紹它是同步十進(jìn)制加法記數(shù)器，當(dāng)LOAD端輸入底電平時(shí)處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，D0、D1、D2、D3的數(shù)據(jù)將會(huì)在CP上升沿到達(dá)時(shí)被置入Q0、Q1、Q2、Q3中，它的預(yù)置數(shù)是同步的。圖是74LS16

4、0的引腳分配圖，圖中LD為預(yù)置數(shù)控制端，D0-D3為數(shù)據(jù)輸入端，C為進(jìn)位輸出端，RC為異步置零端，Q0-Q3位數(shù)據(jù)輸出端，EP和ET為工作狀態(tài)控制端。a.異步清零功能 只要（CR的非）有效電平到來，無論有無CP脈沖，輸出為“0”。在圖形符號(hào)中，CR的非的信號(hào)為CT=0，若接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里要特別注意，控制清零端的信號(hào)不是N-1（6），而是N（7）狀態(tài)。其實(shí)，很容易解釋，由于異步清零端信號(hào)一旦出現(xiàn)就立即生效，如剛出現(xiàn)0111，就立即送到（CR的非）端，使?fàn)顟B(tài)變?yōu)?000。所以，清零信號(hào)是非常短暫的，僅是過度狀態(tài)，不能成為計(jì)數(shù)的一個(gè)狀態(tài)。清零端是低電平有效。表3 74LS160功能表圖2 74

5、LS160邏輯符號(hào)b.同步置數(shù)功能 當(dāng)（LD的非）為有效電平時(shí)，計(jì)數(shù)功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0D3的數(shù)據(jù)被置入計(jì)數(shù)器并呈現(xiàn)在Q0Q3端。若接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制置數(shù)端的信號(hào)是N（7）狀態(tài)，如在D0D3置入0000，則在Q0Q3端呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)就是0110。圖3 74LS160的時(shí)序圖74LS160的邏輯功能：=0時(shí)異步清零.C0=0 =1, =0時(shí)同步并行置數(shù). =1且CPT=CPP=1時(shí),按照BCD碼進(jìn)行同步十進(jìn)制計(jì)數(shù). =1且CPT·CPP=0時(shí),計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持不變.小總結(jié)：集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS16074LS162、的引腳排列圖與74LS161、74LS163

6、相同，不通的是，74LS160是十進(jìn)制的同步加法計(jì)數(shù)器，而74LS161、74LS163是四位二進(jìn)制加法同步計(jì)數(shù)器。此外，74LS160采用的是異步清零的方式，74LS162采用的是同步清零的方式。3） JK觸發(fā)器 JK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種基本電路單元。JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能，在各類集成觸發(fā)器中，JK觸發(fā)器的功能最為齊全。在實(shí)際應(yīng)用中，它不僅有很強(qiáng)的通用性，而且能靈活地轉(zhuǎn)換其他類型的觸發(fā)器。由JK觸發(fā)器可以構(gòu)成D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。 J= l，K= l：  設(shè)時(shí)鐘脈沖到來之前(CP=0)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。這時(shí)主觸發(fā)器的R=K=0，S=J=1，時(shí)

7、鐘脈沖到來后(CP=l)，主觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。當(dāng)CP從1下跳為0時(shí)，主觸發(fā)器狀態(tài)不變，從觸發(fā)器的R=0，S=1，它也翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。反之，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1?？梢酝瑯臃治?，主、從觸發(fā)器都翻轉(zhuǎn)成0態(tài)。可見，JK觸發(fā)器在J=1，K=1的情況下，來一個(gè)時(shí)鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次，即=,具有計(jì)數(shù)功能。J=0，K=0：  設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它的狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP下跳時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=1，S=0，它的輸出為0態(tài)，即觸發(fā)器保持0態(tài)不變。如果初始狀態(tài)為1，觸發(fā)器亦保持1態(tài)不變。J=1，K=0：  設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。當(dāng)CP=l時(shí)

8、，由于主觸發(fā)器的R=0，S=1，它翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。當(dāng)CP下跳時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=0，S=1。也翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。如果觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1，當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它保持原態(tài)不變；在CP從1下跳為0時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=0，S=1，也保持1態(tài)。J=0，K=1  設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1態(tài)。當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=1，S=0，它翻轉(zhuǎn)成0態(tài)。當(dāng)CP下跳時(shí)，從觸發(fā)器也翻轉(zhuǎn)成0態(tài)。如果觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0態(tài)，當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它保持原態(tài)不變；在CP從1下跳為0時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=1，S=0，也保持0態(tài)。 JK觸發(fā)器的邏輯功能表如

9、表所示4）74LS04芯片介紹當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出等于低電平，而輸入為低電平時(shí)輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系。圖6 74LS04的邏輯符號(hào) 表5 74LS04功能表 5）74LS08芯片介紹與門是實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算的門電路，當(dāng)輸入中有低電平時(shí)輸出等于低電平，而輸入中全為高電平時(shí)輸出等于高電平。 表6 74LS08功能表圖7 74LS08邏輯符與門表達(dá)式6）555脈沖發(fā)生器 本電路是一個(gè)稍加變化的555多諧振蕩器電路，它具有占空比連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，如下圖所示。為了能連續(xù)調(diào)節(jié)占空比并能調(diào)節(jié)振蕩頻率，在555的第6腳和第7腳之間接有W1、W2、R2、D1和D2組成的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。對C1充電時(shí)，

10、電流是通過R1、D1、W2、和W1，放電時(shí)，通過W1、W2、D2和R2。當(dāng)R1=R2，W2調(diào)到中心點(diǎn)或不用W2時(shí)，因充放電時(shí)間基本相等，其占空比約為50%，此時(shí)調(diào)節(jié)W1僅改變頻率，占空比不變。如W2調(diào)節(jié)偏離中心點(diǎn)，再調(diào)節(jié)W1，不僅振蕩頻率改變了，而對占空比也有影響。W1不變，調(diào)節(jié)W2時(shí)，僅可改變占空比而對頻率無影響。因此，使用電路時(shí)，應(yīng)首先調(diào)節(jié)W1，使頻率至規(guī)定值，再調(diào)節(jié)W2以獲得合適的占空比。 4、 功能模塊1、 左右移位模塊首先通過74ls194的置數(shù)功能使S0=1，S1=1，開始時(shí)是通過開關(guān)1強(qiáng)制置數(shù)，置數(shù)完成后就打開開關(guān)一，自動(dòng)轉(zhuǎn)換由觸發(fā)器完成，手動(dòng)變換由左邊的兩個(gè)開關(guān)完成，再介紹一下

11、它的工作流程。開始時(shí)兩個(gè)芯片由于置數(shù)輸出端為Q1=1，Q2=0，Q3=0，Q4=0，Q5=0，Q6=0，Q7=0,Q8=0，再使S0=1，S1=0，芯片執(zhí)行右移操作，當(dāng)Q8=1時(shí)S0=0，S1=1時(shí)執(zhí)行左移操作，使74ls194的輸出端接發(fā)光二極管，從而實(shí)現(xiàn)流水燈左右移動(dòng)的功能。并且由于燈的左右位移是在2.8HZ的脈沖下進(jìn)行的，因此它的流動(dòng)速度是可見的，并且往返的時(shí)間是5s，符合題目的要求。下面是電路圖和功能表：2、反轉(zhuǎn)功能這里用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)J=1,K=1時(shí)每次脈沖來時(shí)就會(huì)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，而觸發(fā)器的脈沖就由74LS194的Q1和Q8給出，并且由于觸發(fā)器時(shí)下降沿觸發(fā)，因此必須改為上升沿。因?yàn)殚_始

12、時(shí)脈沖是低電平，開始的瞬間194置數(shù)，使Q1=1，上升沿有效開始翻轉(zhuǎn)并且JK觸發(fā)器的Q接S0，另一個(gè)接S1。當(dāng)Q8=1時(shí)又一個(gè)上升沿，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)。S0=1，S1=0變?yōu)镾0=0，S1=13、 十一進(jìn)制計(jì)數(shù)器強(qiáng)制暫停模塊 由74LS160的邏輯功能：=0時(shí)異步清零.C0=0 =1, =0時(shí)同步并行置數(shù). =1且CPT=CPP=1時(shí),按照BCD碼進(jìn)行同步十進(jìn)制計(jì)數(shù). =1且CPT·CPP=0時(shí),計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持不變. 十一進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能：74LS160為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，要達(dá)到10S計(jì)數(shù)功能時(shí)，需要兩塊計(jì)數(shù)芯片的級(jí)聯(lián)。兩個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端連接到一起，低位進(jìn)位控制端RCO連接到高位計(jì)數(shù)器

13、的計(jì)數(shù)使能端ENT和ENP。 預(yù)置數(shù)法是計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到某狀態(tài)時(shí)，將計(jì)數(shù)器預(yù)置到某數(shù)，使計(jì)數(shù)器減少N-M種狀態(tài)；已知同步置數(shù)鍵LOAD,將高進(jìn)位信號(hào)計(jì)數(shù)器的1000及低進(jìn)位計(jì)數(shù)器的1001用與非門連接至預(yù)置數(shù)功能鍵LOAD。預(yù)置數(shù)輸入端全部接地，這樣，通過兩片74LS160的同步級(jí)聯(lián)，達(dá)到了從0到10的10S計(jì)數(shù)功能。由題知10s暫停一次正好是Q1=1時(shí)，因此通過控制S0在此時(shí)等于1來實(shí)現(xiàn)暫停一秒的功能。4、 脈沖模塊 脈沖一：控制74LS194通過計(jì)算對于194開始時(shí)便Q1=1因此有七個(gè)脈沖要2.5秒實(shí)現(xiàn)，因此需要2.8HZ從而實(shí)現(xiàn)5S變換的要求。 脈沖二：控制74LS160要1HZ實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，在

14、10S時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制暫停一秒5、 手動(dòng)控制模塊 通過開關(guān)控制S0和S1實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，其他思路相同。5、 總體設(shè)計(jì)電路圖總體電路包括五個(gè)模塊，其中包括左右移動(dòng)模塊、反轉(zhuǎn)模塊、十一進(jìn)制計(jì)數(shù)器強(qiáng)制暫停模塊、脈沖模塊、手動(dòng)控制模塊。各個(gè)之間控制由上面敘述可知，通過仿真可以實(shí)現(xiàn)上面各個(gè)功能。首先通過開關(guān)一閉合使其S0=1,S1=1，從而置數(shù)，使Q1=1，時(shí)JK觸發(fā)器發(fā)動(dòng)，從而使S0=1,S1=0實(shí)現(xiàn)右移，打開開關(guān)一，當(dāng)Q8=1時(shí)JK觸發(fā)器發(fā)動(dòng)實(shí)現(xiàn)它往返的功能，十秒時(shí)通過計(jì)數(shù)強(qiáng)制S0=1,S1=1暫停1秒。左面的開關(guān)4可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全部功能。下面是總體電路圖和一些功能的實(shí)現(xiàn)： 上圖便是截圖，仿真成功。5、 心得體會(huì) 這次設(shè)計(jì)中JK觸發(fā)器的脈沖和10S暫停一次是難點(diǎn)，不過通過努力還是成功了通過本次實(shí)驗(yàn)我明白了實(shí)踐出真知的道理，動(dòng)手能力有了進(jìn)一步的提高。獲得了獨(dú)立思考、解決問題的能力。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中做到了不依靠他人，積極主動(dòng)地查找資料、詢問老師和與同學(xué)們進(jìn)行積極的討論，使我受益非淺。創(chuàng)造不是易事，通過這次課程設(shè)計(jì)，我對這句話有了切實(shí)的體會(huì)。剛開始，看著題目發(fā)呆，想來很久竟然不知道該從何下手，經(jīng)過老師的一番指點(diǎn)，以及自己通過查資料了解到的信息，對課程設(shè)計(jì)我才開始有一定的認(rèn)識(shí)。 在這次課程設(shè)計(jì)中，我也體會(huì)到了專業(yè)知識(shí)，科學(xué)工具的重要性，通過幾天的磨練，我相信在下次的設(shè)計(jì)中我將能得心