流水燈課程設(shè)計

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告（ 彩燈控制器 ）專業(yè)：電子信息工程 班級： 7B1211 學號： 123025 姓名：白旭飛 年月： 2014-6-28、設(shè)計要求1. 以 8或 10個指示燈作為顯示器件， 能自動的從左到右、 從右到左自動的依次 被點亮，如此周而復始，不斷循環(huán)。2打開電源時控制器可自動清零，每個指示燈被點亮的時間相同約為0.5S 2S范圍內(nèi)。3用計算機畫出設(shè)計電路圖，進行仿真分析驗證其正確性。 4寫設(shè)計說明書一份（畫總原理框圖以及說明主要工作原理，單元電路的設(shè)計 和元器件的選擇，畫出完整的電路圖和元器件明細表，收獲、體會及建議）二、設(shè)計的作用，目的1. 作用利用控制電路可使彩燈 （例

2、如霓虹燈） 按一定的規(guī)律不斷的改變狀態(tài)， 不僅 可獲得良好的觀賞效果，且可以省電（與彩燈全亮相比） 。2. 目的用 NE555芯片，74LS151芯片,74LS163 芯片 ,74LS194，以及一些邏輯門芯片 完成彩燈控制器。三、設(shè)計的具體實現(xiàn)1系統(tǒng)概述接通電源時， 555 占空比可調(diào)振蕩器產(chǎn)生 1s 單位的脈沖，脈沖送到下一個 模塊 74LS151計數(shù)器，目的實現(xiàn)模 5 計數(shù)器，達到每五秒生成一個脈沖輸向下一 個芯片 74LS194移位寄存器以及計數(shù)器 74LS163。進而彩燈在脈沖的作用下依次 點亮，并實現(xiàn)循環(huán)，完成實驗要求。2. 總體思路先用 555定時器用來生成 1s 標準單位 cp

3、 脈沖，把脈沖給計數(shù)器 74LS151，通過 74LS151形成模 5 加法計數(shù)器，再將 74LS151輸出信號供給 74LS194移位寄 存器輸入端， Q 0，Q1，Q2和 Q3 接彩燈然后連接幾個邏輯門，把 74LS194接成環(huán)形 計數(shù)器。就能實現(xiàn)基本電路要求。3. 方案設(shè)計總體電路共分三大塊。 第一塊實現(xiàn)時鐘信號的產(chǎn)生； 第二塊實現(xiàn)燈亮滅情況 的演示；第三塊實現(xiàn)燈亮滅的控制及節(jié)拍控制3.1 單元模塊的設(shè)計與組成1. 占空比可調(diào)振蕩器555集成電路是 8腳封裝，雙列直插型， 如圖 1(A)所示，按輸入輸出的排列 可看成如圖 1(B)所示。其中 6 腳稱閾值端 (TH) ，是上比較器的輸入；

4、 2 腳稱觸發(fā) 端(TR)，是下比較器的輸入； 3 腳是輸出端 (Vo) ，它有 O和 1兩種狀態(tài)，由輸入 端所加的電平?jīng)Q定； 7 腳是放電端 (DIS) ，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接 地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定； 4 腳是復位端 (MR)，加上低電平時可使 輸出為低電平； 5腳是控制電壓端 (Vc), 可用它改變上下觸發(fā)電平值； 8腳是電源 端，1 腳是地端。圖 1( A )圖 1(B )把它接成占空比可調(diào)振蕩器VCC=,RA=714,RB=714,C=1uf實現(xiàn)單位 1s的脈沖 cp，將它輸出的脈沖加到 74LS151的 cp端2. 脈沖設(shè)計電路74LS161目的實現(xiàn)模 5

5、計數(shù)器，達到每五秒生成一個脈沖輸向下一個芯片圖2實現(xiàn)模 5計數(shù)器，用它的后五個狀態(tài)，把 D0D1D2D3預置到 1011端，OC與通過 非門于 LD 相連， CO 端輸出到下一個芯片 74LS194的cp端。3. 移位寄存設(shè)計電路74LS194目的：用其輸出端對三個彩燈分別進行循環(huán)循環(huán)控制圖3把 CR 接高電平， SR接到 Q3 端，實現(xiàn)環(huán)形計數(shù)器， D0D1D2D3預置 1000， SL 置空, Q0接紅燈 Q1接黃燈 Q2和 Q3通過一個或非門接一個綠燈， CP接上一個 芯片來的脈沖，要實現(xiàn)開啟電路時紅燈亮，還要向電路送數(shù)，Q0 Q1 Q2 Q3 通過同或門接到 S1端，S0接高電平，當開

6、啟電源時， Q0 Q1 Q2 Q3通過同或門向 S1端 輸入高電平，達到 S1 S0 都為高電平，這樣就像芯片送數(shù) 1000，紅燈亮，這是 Q0 Q1 Q2 Q3 通過同或門向 S1 送低電平，這時芯片就會 10000100 0010 00011000010000100001實行循環(huán)，這樣三個燈就會在 5s 為單位的脈沖 控制下依次點亮并循環(huán)。4. 主要芯片介紹1.555 定時器如圖 4 為 555計時器的引腳圖，以及內(nèi)部構(gòu)造圖其工作原理 ：它含有兩個電壓比較器，一個基本 RS 觸發(fā)器，一個放電開關(guān) T，比較器的 參考電壓由三只 5K 的電阻器構(gòu)成分壓， 它們分別使高電平比較器 C1同相比較

7、21端和低電平比較器 C2的反相輸入端的參考電平為 2Vcc和 1Vcc 。C1和 C2的輸332出端控制 RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。 當輸入信號輸入并超過 2Vcc 時，觸3 發(fā)器復位， 555的輸出端 3 腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導通；當輸入信自2腳輸入并低于 1Vcc時，觸發(fā)器置位， 555的 3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)3管截止。RD是復位端，當其為 0 時， 555輸出低電平。平時該端開路或接 Vcc。Vco 是控制電壓端（ 5 腳），平時輸出 2Vcc 作為比較器 A1 的參考電平，當 53腳外接一個輸入電壓， 即改變了比較器的參考電平， 從而實現(xiàn)對輸出的另一種控 制

8、，在不接外加電壓時，通常接一個 0.01 F 的電容器到地，起濾波作用，以消 除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T 為放電管，當 T導通時，將給接于腳 7 的電容器提供低阻放電電路 .555 電路的引腳功能TR 觸發(fā)TH 閾值R 復位DIS 放電端OUT 輸出1Vcc3>2Vcc3H導通L1Vcc32Vcc3H原狀態(tài)1Vcc3×H截止H××L導通L2. 數(shù)據(jù)選擇器 74LS15174LS151為互補輸出的 8選 1數(shù)據(jù)選擇器，引腳排列如圖所示，功能見表圖5選擇控制端（地址端）為 CA ，按二進制譯碼，從 8 個輸入數(shù)據(jù) D0D7中，選擇一個需要的數(shù)據(jù)送到輸

9、出端 Y，G 為使能端，低電平有效。（1）使能端 G1時，不論 CA 狀態(tài)如何，均無輸出（ Y0，W1），多 路開關(guān)被禁止。 838 電子（ 2）使能端 G0 時，多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地址碼 C、B、A 的狀態(tài)選 擇 D0D7 中某一個通道的數(shù)據(jù)輸送到輸出端 Y 。如： CBA 000，則選擇 D0 數(shù)據(jù)到輸出端，即 YD0。如： CBA 001，則選擇 D1 數(shù)據(jù)到輸出端 ,即 YD1，其余類推構(gòu)成 16以內(nèi)的任意進制加法計數(shù)器： 用S0，S1，S2，SMSN 表示輸入 0， 1，2，N個計數(shù)脈沖 CP時計數(shù)器的狀態(tài)。 SM 可以為 S0，但需小于 SN。對于異步置數(shù)：在輸入第 N 個計數(shù)

10、脈沖 CP 后，通過控制電路，利用狀態(tài) SN 產(chǎn)生一個有效置數(shù)信號，送給異步置數(shù)端，使計數(shù)器立刻返回到初始的預置 數(shù)狀態(tài) SM，即實現(xiàn)了 SMSN-1 計數(shù)。對于同步置數(shù)：在輸入第 N1 個計數(shù)脈沖 CP時，利用狀態(tài) SN-1 產(chǎn)生一個 有效置數(shù)信號，送給同步置數(shù)控制端，等到輸入第 N 個計數(shù)脈沖 CP 時，計數(shù)器 返回到初始的預置數(shù)狀態(tài) SM，從而實現(xiàn) SM SN-1 計數(shù)。3. 計數(shù)器 74LS16374LS163 是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器， 他可以靈活的運用 在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。引腳圖如下：如圖 6管腳圖介紹 ：時鐘 CP 和四個數(shù)

11、據(jù)輸入端P0P3 清零 /MR使能 CEP，CET 置數(shù) PE數(shù)據(jù)輸出端 Q0Q3以及進位輸出 TC. (TC=Q0· Q1·Q2·Q3·CET從 74LS163 功能表功能表中可以知道， 當清零端 CR=“0”，計數(shù)器輸出 Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候為異步復位功能。 當CR=“1”且 LD=“0” 時，在 CP信號上升沿作用后， 74LS163輸出端 Q3、Q2、Q1、Q0 的狀態(tài)分別與 并行數(shù)據(jù)輸入端 D3，D2，D1，D0 的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當 CR=LD=EP=ET= “1”、 CP 脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加

12、 1。74LS163還有一個 進位輸出端 CO，其邏輯關(guān)系是 CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應用計數(shù)器 的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS163可以組成 16進制以下的任意進制分頻器。4. 移位寄存器 74LS194 74LS194是四位通用移存器，具有左移、右移、并行置數(shù)、保持、清除等多種功 能，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與邏輯符號分別如圖 7 所示，功能表如表 7-所示。圖7表774LS194各引出端功能如下：D0D3: 并行數(shù)碼輸入端。Cr: 異步清 0 端，低電平有效。SR、SL：右移、左移串行數(shù)碼輸入端。S1、S0： 工作方式控制端。從其功能表和

13、圖 7-19(c)時序圖可以看出，只要 Cr =0，移存器無條件清 0。只有 當 Cr=1，CP 上升沿到達時，電路才可能按 S1S0 設(shè)置的方式執(zhí)行移位或置數(shù)操 作： S1S0=11為并行置數(shù)， S1S0=01 為右移， S1S0=10 為左移，時鐘無效或雖然 時鐘有效，但 S1S0=00 則電路保持原態(tài)。5.三、電路設(shè)計基本原理設(shè)計電路圖如圖 8 所示：四、測試與結(jié)果分析電路設(shè)計， 安裝元器件及連好導線后， 進行實驗結(jié)果測試。 實驗前首先完成 以下步驟：1. 檢查電路原理圖及導線的連接。 在電腦上仿真， 能夠得出正確的實驗現(xiàn)象， 所 以電路原理圖正確。檢查導線的連接是否與電路原理圖上一致。

14、2. 檢查導線的連接。 對照電路原理圖， 用數(shù)字萬用表打到合適的檔位， 測試各對 應的接點是否連接好并導通。3. 檢查實驗儀器和器材是否完好。電源 5 伏直流電壓輸出正常， NE55芯片測試 其功能均正常，用萬用表檢查開關(guān)，按下時導通均正常。完成上述步驟后，接通 5 伏的直流電源，實驗現(xiàn)象為： 流水燈能自動的從左到右、 從右到左自動、 以不同的方式依次被點亮， 流水燈會 出現(xiàn)不同的閃爍方式間歇流動。如此周而復始，不斷循環(huán)。調(diào)節(jié)Rp 的阻值，流水燈的流速發(fā)生了改變。至此，多功能流水燈電路設(shè)計，調(diào)試與實驗基本成功。五、心得體會通過對本課件的制作，發(fā)現(xiàn)自己對某些芯片的掌握不夠準確。在 EWB 中弄 原理圖時， 有個 163芯片少接了個地， 致使電路不能正常工作。 做板的時候也遇 到了一些問題，如在面包板上排線時，排線交錯連接，一片混亂，經(jīng)過幾次嘗試 后能夠很簡潔的利用面包板排線。同時也體會到工業(yè)設(shè)計以及實際操作的重要 性。通過這次課程設(shè)計， 可以很好的把每個實驗內(nèi)容融合到一起， 應用于解決實 際問題中，同時又加深了自己對 EWB 仿真軟件