流水灯课程设计()

1、訪安培華辱院数字电子技术课程设计报告（彩灯控制器）sinasniiiggygriaaantwranaira msfnnmflai"18881is诵i1rsu1专业：电子信息工程班级：7b1211学号：123025姓名：白旭飞年月：2014-6-28一、设计要求1. 以8或10个指示灯作为显示器件，能自动的从左到右、从右到左自动的依次 被点亮，如此周而复始，不断循环。2. 打开电源时控制器可口动清零，每个指示灯被点亮的时间和同约为0.5s2s 范围内。3. 用计算机画岀设计电路图，进行仿真分析验证其正确性。4. 写设计说明书一份（画总原理框图以及说明主要工作原理，单元电路的设计 和元器

2、件的选择，画岀完整的电路图和元器件明细表，收获、体会及建议）二、设计的作用，目的1 作用利用控制电路可使彩灯（例如霓虹灯）按一定的规律不断的改变状态，不仅 可获得良好的观赏效果，且可以省电（与彩灯全亮和比）。2. 目的用ne555芯片,74ls151芯片，74ls163芯片，74ls194,以及一些逻辑门芯片 完成彩灯控制器。三、设计的具体实现1. 系统概述接通电源时，555占空比可调振荡器产生is单位的脉冲，脉冲送到下一个 模块74ls151计数器，目的实现模5计数器，达到每五秒生成一个脉冲输向下一 个芯片74ls194移位寄存器以及计数器74ls163o进而彩灯在脉冲的作用下依次 点亮，并

3、实现循环，完成实验要求。2. 总体思路先用555定时器用来生成is标准单位cp脉冲,把脉冲给计数器74ls151, 通过74ls151形成模5加法计数器，再将74ls151输出信号供给74ls194移位寄 存器输入端，q o, q-q2和q接彩灯然后连接儿个逻辑门，把74ls194接成环形 计数器。就能实现基本电路要求。3. 方案设计总体电路共分三大块。第一块实现时钟信号的产生；第二块实现灯亮灭情况 的演示；第三块实现灯亮灭的控制及节拍控制。3. 1单元模块的设计与组成1. 占空比可调振荡器555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图1(a)所示，按输入输出的排列 可看成如图1(b)所示。其小6

4、脚称阈值端(th),是上比较器的输入；2脚称触发 端(拥，是下比较器的输入；3脚是输出端(vo),它有0和1两种状态,由输入 端所加的电平决定；7脚是放电端(dts),它是内部放电管的输出，有悬空和接 地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(族)，加上低电平时可使 输出为低电平；5脚是控制电压端(vc),可用它改变上下触发电平值；8脚是电源 端，1脚是地端。鵲器150 k ohm0.01 uf-f4.7 uft卜图 1 (b)图 1 (a)把它接成占空比可调振荡器vcc=ra=71 4,rb=7 14,c= 1 uf实现单位is的脉冲cp,将它输岀的脉冲加到74ls151的cp端2.

5、 脉冲设计电路74ls161目的实现模5计数器，达到每五秒生成-个脉冲输向下一个芯片d3dfidata selecg1234567i8data inputsd2d1data inputsstrobe gndgdooutputs图2实现模5计数器，用它的后五个状态，把d0dq2d3预置到1011端，oc与通过 非门于ld相连，co端输出到下一个芯片74ls194的cp端。3. 移位寄存设计电路74ls194门的：用其输出端对三个彩灯分别进行循环循环控制16丨丄5| 14丨13| t心 4vddqi 4 qs cp si so)cc 40 1 94 (7 4 lsi 9

6、4)ck sr po di p2 ds si. vs丄丨可引4|5|引7|列把cr接高电平，sr接到q3端，实现环形计数器，d0dq2d3预置1000, sl置空,接红灯qi接黄灯q2和qs通过一个或非门接一个绿灯，cp接上一个 芯片来的脉冲，要实现开启电路时红灯亮，述要向电路送数，qo qi q2q3通过 同或门接到si端，so接高电平，当开启电源时，q0q1q2q3通过同或门向si端 输入高电平，达到si so都为高电平，这样就像芯片送数1000,红灯亮，这是 qo qi q2 q3通过同或门向si送低电平，这时芯片就会10000100 0010 0001 -> 1000->0

7、100->0010->0001实行循环，这样三个灯就会在5s为单位的脉冲 控制下依次点亮并循环。4 主要芯片介绍1.555定时器如图4为555计时器的引脚图，以及内部构造图。ccrd图4m m rn vcc vq yn vco )cb555gnd vl2 vo rdld 2j til uj其工作原理：它含有两个电压比较器，一个基木rs触发器，一个放电开关t,比较器的 参考电压由三只5kq的电阻器构成分压，它们分別使高电平比较器c1同和比较71端和低电平比较器c2的反相输入端的参考电平为-vcc和-ucc。cl和c2的输332出端控制rs触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超

8、过兰va时，触3发器复位，555的输岀端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信自2脚输入并低于丄wc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关 3管截止。斤q是复位端，当其为0吋，555输出低电平。平时该端开路或接vcc。2vco是控制电压端（5脚），平时输tb-vcc作为比较器al的参考电平，当53脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另-种控 制，在不接外加电压时，通常接一个001时的电容器到地，起滤波作用，以消 除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。t为放电管，当t导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.555电路的引脚功能tr 触发til

9、 阈值r复位dis 放电端out 输出3>-vcc3h导通l> vcc32v <vcc3h原状态< vcc3xh截止hxxl导通l2.数据选择器74ls15174ls151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图所示，功能见表。vcc *4 店 b b so sj s21 i| 2| | 3| | 4| | 5i | 6| | 7 | | 8l3 l2 h i。 z z e gnd选择控制端(地址端)为ca,按二进制译码，从8个输入数据dod7 中，选择一个需要的数据送到输岀端y, g为使能端，低电平有效。(1) 使能端g=1时，不论ca状态如何，均无输出(y = 0

10、, w=l),多 路开关被禁止。838电子(2) 使能端g=0时，多路开关正常工作，根据地址码c、b、a的状态选 择dod7中某一个通道的数据输送到输出端yo女口： cba=000,则选择do数据到输出端，即y = d0o如：cba=001,则选择d1数据到输出端，即y = d1,其余类推。输入输出数据选择选通ywcbagxxxhlhlllldodollhld1dilhlld2d2lhhld3d3hllld4d4hlhld5d5hhlld6d6hhhld7d7构成16以内的任意进制加法计数器：用so, 51, 52., sm5n表示输入0, 1, 2,n个计数脉冲cp时计数器的状态。sm可以为

11、s0,但需小于5n。对于异步置数：在输入第n个计数脉冲cp后，通过控制电路，利用状态 5n产生一个有效置数信号，送给异步置数端，使计数器立刻返冋到初始的预置 数状态sm,即实现了 smsn1计数。对于同步置数：在输入第n1个计数脉冲cp时，利用状态产生一个 有效置数信号，送给同步置数控制端，等到输入第n个计数脉冲cp时，计数器 返回到初始的预置数状态sm,从而实现sm5n1计数。3.计数器74ls16374ls163是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用 在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。引脚图如下：vcc tc qo qi 0203 cet pe

12、ljljlijnldldljnar cp pq pi p2 p3 cep gnd如图6管脚图介绍: 时钟cp和四个数据输入端p0p3清零/mr使能cep, cet置数pe数据输出端q0q3以及进位输出 tc. (toqo q1 q2 q3 cet输入输出qcpldepet6巧6dqqm2iciqo0txxxxxxx00001t0xxdcbadcba1t10xxxxxqsqiqiqo1t1x0xxxxqmqqiqo1t111xxxx状态码加1从74ls163功能表功能表中可以知道，当清零端cr=“o”，计数器输出q3、q2、qi、q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当cr=“1”且ld二

13、“0” 时,在cp信号上升沿作用后,74ls163输出端q3、q2、qi、q0的状态分别与 并行数据输入端d3, d2, di, do的状态一样，为同步置数功能。而只有当 cr=ld=ep=et= 1 cp脉冲上升沿作用后，计数器加1。74ls163述有一个 进位输出端co,其逻辑关系是co= q0 q1 q2 q3 cet。合理应用计数器 的清零功能和置数功能，一片74ls163可以组成16进制以下的任意进制分频器。4.移位寄存器74ls19474ls194是四位通用移存器，具有左移、右移、并行置数、保持、清除等多种功 能，其内部结构与逻辑符号分别如图7所示，功能表如表7所示。丄 5|14丨

14、13丨12丨11| 10丨vdd qq qi qz q3 cp si socc 401 94 (7 4 lsi 9 4)c民 sr do d l da d3 si, vs 丄丨引引4|5|司7|列图774ls194功能表清零控制信号时钟串行输入并行输入trmlmocpdsldsrdodi10xxxxxxx21xx0xxxx31111xxdodi41014tx1xx5101tx0xx61101xxx7110f0xxx8100xxxxx表774ls194各引出端功能如下：dod3:并行数码输入端。cr.异步清0端，低电平有效。sr、sl：右移、左移串行数码输入端。si、so：工作方式控制端。从其功

15、能表和图7-19(c)时序图可以看出，只要c尸0,移存器无条件清0o只有 当cr=l, cp上升沿到达时，电路才可能按s1s0设置的方式执行移位或置数操 作：5150=11为并行置数，s1so01为右移,5150=10为左移,时钟无效或虽然 时钟有效，但s 150=00则电路保持原态。5.三、电路设计基本原理设计电路图如图8所示： d1ufhfia b cdo8d4d5d6d7abcvdsdedldoywidgtclp' si vdckttu nutrr hmdtni lowurtuctr*vcc pma钠bubcgcdqdefteragf©lont如图8电路设计，安装元器件

16、及连好导线后，进行实验结果测试。实验前首先完成以下步骤: 1 检查电路原理图及导线的连接。在电脑上仿真，能够得出正确的实验现象，所 以电路原理图止确。检查导线的连接是否与电路原理图上一致。2检查导线的连接。对照电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各对 应的接点是否连接好并导通。3检查实验仪器和器材是否完好。电源5伏宜流电压输出正常，ne55芯片测试 其功能均正常，用万用表检查开关，按下时导通均正常。完成上述步骤后，接通5伏的直流电源，实验现象为：流水灯能自动的从左到右、从右到左自动、以不同的方式依次被点亮，流水灯会 出现不同的闪烁方式间歇流动。如此周而复始，不断循环。调节rp的阻值，流 水灯的流速发生了改变。至此，多功能流水灯屯路设计，调试与实验基木成功。五、心得体会通过对木课件的制作，发现自己对某些芯片的掌握不够准确。在ewb中弄 原理图时，有个163芯片少接了个地，致使电路不能止常工作。做板的时候也遇 到了一些问题，如在面包板上排线时，排线交错连接，一片混乱，经过儿次尝试 后能够很简洁的利用面包板排线。同时也体会到工业设计以及实际操作的重要 性。通过这次课程设计，可以很好的把每个实验内容