多功能流水灯

1、 电子课程设计 多功能流水灯 学院：太原爆炸学校 专业、班级：爆炸122201H班姓名：金金金 学号：20122205xxx 指导老师： big bang 2014年12月多功能流水灯一、设计任务与要求 1 要求彩灯有单向流水效果。2 彩灯的流向可以改变。可以正向流水，也可以逆向流水。灯流动的方向可以手控，也可以自控，自控往返变换时间为5秒钟。3 彩灯可以间歇流动，10秒钟间歇一次，间歇时间为一秒。4. 彩灯的流速以人眼看清为准。二总体框图（一）设计思路：彩灯流水控制电路，其主要部分是实现定时功能，即在预定的时间到来时，产生一个控制信号来控制彩灯的流向,间歇等,可利用中规模集成器件可逆计数器和

2、译码器来实现正,逆流水功能,利用组合电路实现自控,手控方向控制等.利用555定时器组成一个多谐振荡器，发出连续脉冲，作为计数器的时钟脉冲源。彩灯流向可以改变，应该选用加减计数器，但考虑到加减计数器无法实现时间间歇，所以不考虑。计数器的输出接译码器以实现流水的效果。如图（11）所示：脉冲信号 计数器 译码器 驱动 往返控制间歇控制图（21）多功能流水灯总体框图根据题目要求，利用试验箱上的脉冲信号，发出连续脉冲，作为计数器的时钟脉冲源。为了实现灯流向的可控，可以选用加减可逆计数器，计数器的输出接译码器以实现流水的效果。在选择流向和间歇控制电路时有两种设计方法，第一种是在设计一个脉冲源，使其频率是主

3、脉冲的整数倍。但这种方法解决不了同步的问题。第二种方法是利用分频得到所需要的控制信号，显然这种方法优于第一种方法三选择器件： 器件名称数量功能说明74LS190一片加减计数器74LS42一片二位十进制译码器555定时器一片构成多谐振荡器74LS04十一片非门74LS160三片分频器74LS32一片二输入或门小灯泡十个观察效果表（31）总元器件 （一）计数74LS190 该电路所要实现的功能为当CP有效时，若U/D为低电平时，计数器进行加法计数，计数初值为0000；若U/D为高电平时，计数器进行减法计数，计数初值为1001。计数器输出QA,QB,QC,QD为译码器输入，控制着与译码器连接的灯泡亮

4、与不亮，QAQBQCQD表示的为数值几则第几盏灯亮，则由于计数器是可逆的，则流水灯方向也是可逆的。下图为74LS190的管脚图和功能表：减计数110加计数010置数(异步)X0XX保持X11X工状态作U/DDDLDENCP 图（31） 74LS190管脚图 表（32）功能表（二)555定时器（1）555内部简介：国产双极型定时器CB555电路结构图。它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。 VH是比较器C1的输入端V12是比较器C2的输入端。C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经三个五千欧电阻分压给出。在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VC

5、C,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定电压，则VR1=VCO,VR2=1/2VCO.RD是置零输入端。只要在RD端加上低电平，输出端v0便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。图(12)中的数码18为器件引脚的编号。 图 （32） 555定时器逻辑符号 图 （33） 555定时器内部结构图555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。（2） 基本功能当时，输出电压为低电平，VT饱和导通。当时，时，时，C1输出低电平，C2输出高电平，Q0，饱和导通。当、时，C1、C2输出均为高电平，基本RS触发器保持

6、原来状态不变，因此、VT也保持原来状态不变。当、时，C1输出高电平，C2输出低电平，Q1，VT截止。输 入输 出阈值输入(vI1)触发输入(vI2)复位()输出()放电管T00导通 11截止10导通1不变不变 表（33）555定时器逻辑功能表（三）译码74LS42 将输出的QA,QB,QC,QD接向译码器，译码器输出端为十个，则不难想到用二十进制译码器74LS42, 二十进制译码器也称BCD译码器，它的功能是将输入的一位BCD码(四位二元符号)译成10个高、低电平输出信号，74LS42的管脚图和功能表如下： 图（34）74LS42的管脚图 表（34）74LS42功能表表（35）74LS42功能

7、表（续表）（四）74LS160（1）74LS160N为十进制同步加法计数器。其逻辑功能描述如下：在CT74LS160中为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，为异步置零端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。（2）当=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当=1、=0时，电路工作在预置数状态。这时门G16-G19的输出始终是1，所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。当=1而EP=0、ET=1时，由于这时门G16-G19的输出均为0，亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态，所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变

8、。同时C的状态也得到保持。如果ET=0、则EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出C等于0。当=EP=ET=1时，电路工作在计数状态。从电路的0000状态开始连续输入10个计数脉冲时，电路将从1111的状态返回0000的状态，C端从高电平跳变至低电平。利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。（3）根据题意，可以由时钟脉冲经过分频得到控制信号。分频器选择74LS160十进制计数分频器。其功能表如图表（36）74LS160功能表74LS160工作时序图，当CLR，LOAD，EP，ET均接高电平时，时钟CP端每来一个上升沿，计数器在原来的基数上加1，并从QA，QB，QC，QD，

9、输出相应的十进制BCD码。利用74LS160的这个功能特点可以设计出十分频器，计数器。74LS160内部电路原理图和引脚图如图所示。图（35）74LS160引脚图图（36）74LS160内部电路原理图（五）74LS04当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反向关系，也叫非门或反向器。74LS04为六反相器，输入是A，输出是Y，6个相互独立倒相。供电电压5V，电压范围在4.755.25V内可以正常工作。门数6，每门输入输出均为TTL电平（2v高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流8mA。其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别

10、如下：AY0110图（37）74LS04内部结构图 图（38）74LS04逻辑符号图（39）74LS04管脚图 表（37）74LS04功能表（六）74LS32 图（310）74LS04逻辑符号 图（311）74LS04逻辑符号 输入输出ABY000011 101111 表（38）174LS32逻辑功能表四功能模块(一) 555多谐振荡电路：利用555定时器组成的振荡器去触发计数器进行加减计数实现彩灯的往返流动，同时同时为分频电路提供时基信号。 图（41）555多谐振荡器时基电路图 图（42）：多谐振荡器仿真波形 把定时器555接成施密特触发器后，很容易组成振荡器。通过电阻R1和R2向电容C1充

11、放电，循环产生振荡。 为了实现人眼分辨的灯光流水效果,必须使时钟脉冲的周期大于人眼视觉暂留时间，即取T大于等于0.01s。取T=0.277s,R=4.7 K，C=4.7 uF。则由式t1=0.7(R1+R2)C，得：R236 K。因为在控制电路中会对时钟信号进行分频，为了方便快速观察，则取T=2.5ms,R1=47ohm,R2=360ohm,C1=4.7uF。 从图中测得输出信号周期为0.277s，频率为3.6HZ，可为计数器提供脉冲。(二) 间歇计数电路：因为脉冲T=0.25s,要想得到1s，10s的控制信号就需要组成四分频和四十分频的电路。分频电路由三个74LS160组成：图（43）由图易

12、看出来控制电路是通过将第三片的QC的取非相接向74LS190的LOAD端，将第二片的QA端接向74LS190的U/D端。则74LS190的LOAD端和U/D端波形如下：U/D端波形：图（44）U/D端波形LOAD端波形：图（45）LOAD端波形(三) 手动往返控制电路此部分我用了两个开关来控制，一个与电源电压相连，另一个与第二个160的Qa端相连，两者取与门连接到190的U/D端，这样就实现了手动与自动分别控制的目的。手动控制：下面的开关断开，只有上面的开关控制即可，当开关闭合式U/D端接入高电平190实现减法计数，当开关断开时，U/D端接入低电平190实现加法计数。自动控制：上面的开关断开，

13、下面的开关闭合，由于分频器的调节190实现自动加法和减法的转换，从而控制灯泡的流水方向。(四) 显示电路 显示电路有74LS42译码器和十个74LS04组成： 图（46）显示电路五.总体设计电路图：用555定时器提供振荡脉冲，计数器74LS190通过计数，译码器实现译码，再由流水方向控制电路控制，实现彩灯流水效果。本次试验实现了彩灯的流水，彩灯流水正逆向手动变换，彩灯流水正逆自控变换，但是由于时间方面的误差，在间歇流水的方面不是很完美，与理论有点误差。六课程设计心得体会 本次了验在过程中可谓一波三折，本来以为很简单的一个试验在设计的过程中出现了很多问题，可能是由于本人的理论知识匮乏的原因吧，在

14、我课后上网和图书馆搜寻资料后，做出来了一个大致的草图，但是在第一次的仿真试验中还是出现了许多问题，后来经过老师的指导和我的努力终于完成乐本次实验，但是，由于计算上的误差和仿真系统本身的误差导致间歇10s的任务没有很完美的体现出来，以后会继续研究的。做课程真的是很不容易的，在这几周里，我一次又一次的告诉自己，坚持，再坚持，自己看起来原本多完美的图纸在一检查仿真下就漏洞百出了。说实话，课程设计这几天学到的东西还真不少。以前不清楚的现在都暴露出来了。以前认为学了没用的课程现在也用到了。七小结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握电子的开发技术是十分重要的。回顾起此次电子技术课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整几星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够