流水灯课程设计

1、河南理工大学电子技术课程设计报告心形流水灯姓 名：明学 号：3110080020*专业班级：电气10-7 班扌旨导老师：李端所在学院：电气工程与自动化学院目录 摘要一、设计指标（要求）4二、系统框图4 三、各单元电路设计、参数计算和元器件选择3.1脉冲产生电路 53.2复位电路3.3分频电路83.4移位控制电路"03.5显示部分11四、电路图与工作原理 12五、元器件清单 12六、实际 PCB 图或布线 13七、设计总结7.1 电路的特点和方案的优缺点 137.2 心得体会 14八、参考文献 15摘要随着时代的进步，人们审美方式的提高，流水灯在都市生活中扮演着愈加不可或缺的角色。酒店

2、，婚庆，酒吧，KTV,广场，商场，招牌 等场所的流星雨灯条、流水瀑布灯、月花灯等，给人以繁星闪耀，流水似 瀑的感觉。 而彩色 LED 闹钟，手机外壳的跑马灯的应用点缀了我们的日常 生活。流水灯的控制方法可通过多种方法实现，但相对现代可编程控制器而 言，利用移位寄存器实现最为便利。通常用左移寄存器实现灯的单方向移 动，通过双向移位寄存器实现灯的双向移动。此次课程设计，是通过制作四路流水灯来实现18 个 LED 心形灯的控制。关键词：双向移位寄存器， NE555 脉冲电路， LED 灯1、 设计指标(1) 输出为4路(18个)LED灯；(2) 要求能实现左移右移功能，左右移自动切换;(3 )移动速

3、度可调节(4)每个循环左移和右移的步数和变化规律自定。二、系统框图三、各单元电路设计与参数计算3.1脉冲产生电路由555定时器组成时钟发生电路，为整个电路提供所需的时钟信号CP。，其（1）NE555内部结构555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路内部结构如图（A）与管脚排列如图（B）所示。它由分压器、比较器、基本 R-S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5K的等值电阻串联而成。分压器为比较器A、A2提供参考电压，比较器A的参考电压为2Vcc，加在同相输入端，比较器 A2的参考31电压为3 Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放A、A2组成。高电平触发信

4、号加在 A的反相输入端，与同相输入端的参考电压比 较后，其结果作为基本 R-S触发器Rd端的输入信号；低电平触发信号加 在人的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R S触发器Sd端的输入信号。基本 R-S触发器的输出状态受比较器 A、A的输出端控制。（2）NE555构成的多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图（C）所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图（D）所示设电容的初始电压Uc =0，t =0时接通电源，由于电容电压不能突变,1所以高、低触发端Vth = VTl = 0 <3 V cc,比较器A i输出为高电平，A 2 输出为低电平，即

5、RD 1 , SD 0 （1表示高电位，0表示低电位），R S 触发器置1,定时器输出uo 1此时Q 0,定时器内部放电三极管截止，1电源Vcc经R，R2向电容c充电，Uc逐渐升高。当Uc上升到-Vcc时，A输出3由0翻转为1，这时RD SD 1，R S触发顺保持状态不变。 所以0<t< t1 期间，定时器输出uo为高电平1。2 _t匕时刻，Uc上升到-Vcc，比较器A的输出由1变为0,这时 RD 0，3SD 1 , RS触发器复0,定时器输出 Uo 0。t1 t t2期间，Q 1，放电三极管T导通，电容C通过 R2放电。Uc按指2数规律下降，当-Vcc时比较器A输出由0变为1 ,

6、RS触发器的3RD SD 1 ,Q的状态不变，U0的状态仍为低电平。1t t2时刻，Uc下降到- Vcc,比较器A输出由1变为0 , RS触发器3的RD 1, sD o,触发器处于1，定时器输出U0 1。此时电源再次向电 容c放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出U0 1，电容放电时，U0 0,电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。 多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。振荡周期由图（D ）可知，振荡周期T T1 T2。T1为电容充电时间，T2为电容放电时间。充电时间 T1 (R &)CI n2 0.7(R

7、R2)C放电时间 T2 R2CI n2 O.7R2C矩形波的振荡周期 T Ti T2 In 2（R 2R2）C 0.7（R 2R2）C因此改变R、R2和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比 q，q=（脉宽tw）/8 （周期T），tw指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C）所示电路输出矩形波的占空比 q卫 匸旦亠。T T1 T2 R1 2 R2本设计中NE555的元器件与参数选择、计算如下：_VCC :：:I .Nltd|”4.-d-li：kR6 >75kQ "3ifouFVCC -wT1 OLTTBIS555GOH

8、« G-NDTIMER RATED矩形波的振荡周期 T=0.7 X(1000+2 X75000 )X0.00001S3.2复位电路按钮幵关启动全电路的清零电路。电路中所有芯片的清零端接在一起，当按钮动作，直接清零，使电路回复初始状态。3.3分频电路分频电路有74LS161与74LS112组成。74LS161对脉冲进行十六分屏；74LS112再分别进行一次二分频;(1)74LS112 双JK触发器E-T21514131211 ID 974LS112 L 2345671 1_ 1 L L 1IE 1J I盹吃 IQ 2Q GMD74LS112引脚图74LS161可予制四位二进制异步清除计

9、数器Vcc 0102 乞 3 Si SoLJUJLJ 匕ILJhJLdLdMR DgR Pq 門 旳 P3 DSL GND74LS161引脚图输入输出CrCPLdEPETD3D2DiDoQ3Q2QiQo0000010dcbadcba110Q3Q2Q1Qo110Q3Q2Q1Qo1f111状态码加174LS161功能表从74LS161功能表功能表中可以知道， 当清零端CR= “ 0”，计数器 输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“ 0”，这个时候为异步复位功能。当 CR= “1 ”且LD= “ 0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端 Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3

10、，D2，D1，D0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 o 74LS161还有一个进位输出端 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74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。3.4移位控制电路74LS194 双向移位寄存器移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。216v ccDs.iDOCl14DI13D212

11、D311DslS 110GMDg Q974LS194引脚图DoD 3:并行输入端； QoQ 3:并行输出端;So、Si :操作模式控制端;为直接无条件清零端;Sr：右移串行输入端 Sl：左移串行输入端；CP :时钟脉冲输入端;CFCRSiSo功ttQsQaQiQoX0XX正常工ft时.CAa t11L1QbQj Qj北时串疔觀霆-耳：破筆止t1打0右t?QsQiQ ihQ 灿 Q tttIaQ&QaQ iQ尸Qa Qi QqDjlt10保持ZhQ忑二甘Q敦4iXX保捋74LS194的模式控制和状态控制表利用移位寄存器可构成环形和扭环形计数器。可先使So=Si=1 ,并行输入预置数值，再

12、改变 So和Si的电平，实现左移或右移状态。若把移位 寄存器的输出以一定方式反馈到串行输入Dsr端或Dsl端，就可以构成移位寄存器型计数器。例如，将74LS194的Q3接到Dsr端，可得到模4的环形计数器（不 可自启动）；将Q3端通过一个非门接到 Dsr端，则可得到模8的扭环形 计数器（不可自启动）。用一片74LS194与门电路构成一个课实现 7分频或8分频器。7分 频器的分频信号由Q2输出，同时将Q2、Q3输出通过与非门后接入 Dsr 端，SoSi=1O o 8分频器的分频信号由 Q3取非后输出，同时将该信号送入 Dsr 端，SoSi =10 。3.5显示部分现实电路中，LED1二QA,LE

13、D2二QB,LED3二QC,LED4二QD, SR二NOT（QA QB QC） , SL=NOT （QB QC QD ）。在初始状态或清零时， SR=0 , SL=0,S1=0,S0=1,74LS194实现对数字右移输入，所以在 CP脉冲的作用下，四个 LED灯的状态由1111 （初状 态0111 0011 0001。此时SR=1，结合功能表克制、可知 QA、QB、QC、QD的输出状态将变为 1、QAn、QBn、QCn。在S1、S0状态没有改变之前，LED灯将在S1、S0的控制下实现右移；在 32S时（从 上电的那一刻幵始计时），S1=1,S0=0,LED 灯的状态刚好为1000 （此时SL=

14、1 ），下一个脉冲到来之后 SL=0,结合功能表可知 QA、QB、QC、QD的输出状态将变为 QBn、QCn、QDn、1，LED灯将在S1、S0的控 制下实现左移。四、电路图与工作原理vcc五、元器件清单+5V直流稳压电源红色LED灯，18个;按钮幵关，1个；NE555芯片，1块； 74LS20, 1 块； 74LS161,1 块；(7) 74LS191,1 块； 74LS112,1 块；10uf电解质电容，2个;电阻：1K-2个、75K-1个、510-4 个。六、实物图七、设计总结7.1电路的特点和方案的优缺点优点1:电路的四个LED灯可以通过并联拓展出更多的 LED灯，由于LED灯是并联，

15、故不用担心分压的问题。优点2 : NE555脉冲产生电路将75K电阻两端并联一个100K的电位 器，可以通过调节电位器进而调节脉冲周期，最终实现调节流水灯快慢的 功能缺点 1：在布局的时候没有预先合理布局，只追求了正面排布的规则， 导致后面的线过纷乱复杂。缺点 2：在焊接导线的选择上，选了偏硬的网线中的导线，而没有选 择排线，虽然一定程度上降低焊接难度，但是却导致了后面线出现了蓬乱 的情况。7.2 心得体会通过此次课程设计， 使我更加扎实的掌握了有关数字电路方面的知识， 在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一 遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识

16、欠缺和 经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸 上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断 改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过 而能改，善莫大焉”的知行观。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问 题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决， 只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而 不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到 社会与他人对你的认可！课程设计诚然是一门课，给我很多专业知识以与专业技能上的提升， 同时又是一门讲道课

17、，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了 我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的 认识。通过这次课程设计，我掌握了电路开关导通的识别和测试；熟悉相 关软件的应用；了解了电路检测方法；以与如何提高 的性能等 等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了 74LS 系列芯片 的功能与相关原理。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力， 在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，通过课程设计，我们学会 了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会 的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也 有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的 事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以 在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。回顾起此