数电课程设计流水灯报告631306040220综述

1、学 号：631306040220课程设计题目8路彩灯控制电路设计学院信息科学与工程学院专业通信工程班级2013级2班学号631306040220姓名丁茂婷指导教师李艾星 谭晋2015 年 1 月 2 日课程设计任务书学生姓名：丁茂婷专业班级：通信13级2班指导教师：李艾星谭晋 工作单位：信息科学与工程学院题目：8路彩灯控制电路设计初始条件：1 运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2. 用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片，LED 发光管等要求完成的主要任务：设计并制作8路彩灯控制电路，用以控制8个LED按照不同的花色闪烁1. 接通电源，电路开始工作，LED灯闪烁；2.

2、LED灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种（其中 包裹奇偶交替闪烁4次）;3. 选作；闪烁时快慢两种节拍变换；4. 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。时间安排：第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；第24天 进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；第5天 提交电路图，经审查后领取元器件；第68天 组装电路并调试，检查错误并提出问题；第911天 结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；第1214天 补充完成课程设计报告和答辩。年 月曰指导教师签名:目录引言 11设计意义及要求.21.1设计意义21.2设计要求 .21.3初始条件 .22方案设计 .32

3、.1 单元模块设计 .32.2单位脉冲设计电路 .32.3 4位双向移位寄存器 74LS194电路 .43主要芯片介绍元件参数53.1 CC7555定时器 53.2 74LS161 计数器 53.3 74LS194移位寄存器 84.仿真电路图4.1电路图105调试与检测116体会与总结12参考文献 .引言电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任 务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件， 熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录处理实验数据、绘制曲线、 分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题

4、的能力，培养学生具有严谨的工作作风，实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于 探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品 质，为今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。流水灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。流水灯控制是可编程控制器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用。流水灯控制可用多种方法实现，但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； 用 双向移位寄存器实现灯的双向移动。关键词：流水灯74LS161计数器 74LS194移位寄存器CC7555定时器 自启动 8个LED灯在脉冲作用下顺序，循环 点亮。1

5、设计意义及要求1.1设计意义霓虹灯在生活中的发展和应用非常迅速， 而彩灯的种类繁多，变化多样，因 此设计彩灯控制电路有非常重大的实际意义。 经本学期及上学期对模拟、数字电 子技术的学习，学校安排了这次的电工电子实习，目的在与让学生综合运用所学 的知识，对各基本器件的运用更加熟练，也更好的锻炼学生的设计思维和动手设 计能力。同学通过此次的设计多个方案的设计，可以将所学知识转化为实物，得到 更多种类、更多花样的彩灯控制电路， 在收获成就感和满足感的同时，可以对设 计的彩灯花样更具有创新意识。1.2设计要求设计并制作8路彩灯控制电路，用以控制8个LED按照不同的花色闪烁1. 接通电源，电路开始工作，

6、LED灯闪烁；2. LED灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种（其中包裹奇偶交替闪烁4次）；3. 选作；闪烁时快慢两种节拍变换；4. 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。1.3初始条件1）运用所学的模拟电路和数字电路等相关知识；2）电路中所用到的元件：实验面包板、电源、连接导线、电阻、电容、发光二极管、74系列芯片（包括移位寄存器74LS194、非门74LS20 等）、555芯片2万案设计2.1单元模块设计单位脉冲设计电路工作原理: 先用555定时器用来生成1s标准单位cp脉冲，把脉冲给计数器74LS161，通过74LS161形成模5加法计数器，再将74LS161输出

7、信号供给74LS194，74LS194移位寄存器输入端置位1000, Q 0接灯1，Q1接灯2，Q2接灯3和Q3接灯4,把74LS194接成环形计数器。就能实现基本电路要求。1占空比可调振荡器mlu丄CEP CETPE MRPOPlP2P3MH MlLU UJ Ui UJ4寸&0RESETvccTKIGDECHGTHOLDOUTCVULTU176USvcc14I51117k 1c2HANDDIODEClIH714kOUluDIODE把它接成占空比可调振荡器RI14B121115J1型Q1Q2Q3TCVCC=,RA=714,RB=714,C=1uf实现单位1s的脉冲cp,将它输出的脉冲加

8、到74LS161的cp端2.5s为单位的脉冲设计电路 74LS161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过非门于LD相连，CO端输出到下一个芯片74LS194的cp端22 移位寄存设计电路 74LS194 目的：用其输出端对八个彩灯分别进行循环循环控制把CR接高电平，SR接到Q3端，实现环形计数器，D0D1D2D3预置，SL置空，CP接上一个芯片来的脉冲，要实现开启电路时灯1亮，还要向电路送数，Q0 Q1 Q2 Q3通过同或门接到S1端，S0接高电平，当开启电源时，Q0 Q1 Q2 Q3通过 同或门向S1端输入高电平，达到S1 S0都为高电平，这样就像芯片送数 1000,

9、灯1两，这是Q0 Q1 Q2 Q3通过同或门向S1送低电平，3.主要芯片介绍参数设置和元件介绍电路参数的设置电阻设置情况和器件的设置都跟原器件提供一致元件清单电子元件清单序号名称规格数量单位1555占空比可调震荡器CC75551个2计数器74LS1612个3移位寄存器74LS1942个5同或门HCC4077B3个7与门AND2个8与非门NAND1个9电阻RES22个10二极管DIODE8个11电容CAP2个12与非门NAND2个3.1. 555定时器%?Rq其工作原理：Z1丨m f国Vg v*o vH vco )CB555GND VD Vo Rd lJ Li uj它含有两个电压比较器，一个基本

10、 RS触发器，一个放电开关T,比较器的参考电压由三只5K Q的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端Vcc Vcc和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为3 和30 C1和C2的输出Vcc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过3 时，触 发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号Vcc自2脚输入并低于3 时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电, 开关管截止。Rd是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc0VccVco是控制电压端（5脚），平时输出3作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即

11、改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控 制，在不接外加电压时，通常接一个 0.01 "F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TRTHRDISOUT触发1阈值2复位放电端输出> -Vcc31-Vcc >32H导通L> VCC31<Vcc3H原状态< -Vcc3XH截止HXXL导通L2.74LS1611 1 CP 计数输入t Tt °。Qi Q2 Q3CTp CT74LS161COCR LD Do Di D2 D311构成16以内的

12、任意进制加法计数器：用SO, S1, S2，SMSN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SO,但需小于SN。 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 SN产 生一个有效置数信号，送给异步置数端，使计数器立刻返回到初始的预置数状态SM，即实现了 SMSN-1计数对于同步置数：在输入第N 1个计数脉冲CP时，利用状态SN-1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SMSN-1计数。3 74LS194Di(a)S0S1SRD 0SlCPQ0 Q1 Q2 Q3CS鳥c

13、7 4LS1 94J>CPSoSr Do D1 D2 D3 Sl(b)CPS。SiCrSRSLDoDiD2D3Q0Q1Q2Q3_rL_rLn_n_rLn_rLn_rLn_rLrLrLrLn_rLrLr_ =_! i1-7LfI 11i_rr-q；_XJI_II_IlUILJll1 ; I_II_II_”丨I_II;I清送 T 右移 i T左移禁止清除除数右移左移(c)Cf S> 55 CP £ $ A A B DQo Qi Q? Q?OXXXXXXXXX0 0 0 01(0 X X X X X X X« ft1Is0 1,f X & X X X XSr

14、Q： © q110$ £ X X X X Xq Q； Q； $1ini1 f X X Q 6 f dabedX >0 X X X XXXft »74LS194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7-19(a)、(b)所示，功能表如表7-16所示。74LS194各引出端功能如下：D0D3: H韦数码倫入湍Cr:异步清0端，低电平有效。SR、SL : 移、厂移出彳丁数讥偷人'垮°S1、 S0： 工作方式控制端。从其功能表和图7-19(c)时序图可以看出，只要 Cr=0,移存器无条件清0

15、。只有 当Cr=1, 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：S1S0=11为并行置数，S1S0=01为右移，S1S0=10为左移，时钟无效或虽然 时钟有效，但S1S0=00则电路保持原态。4.仿真电路图5. 调试与检测通过Proteus仿真软件进行仿真，发现设计方案中发现的一些问题：（1）由于LED的正向电压降不同、电流不同，致使如果想只用一组单电 路实现的话，需要在各支路上串联相应阻值的电阻，因为如果用一 组的话，会使得一些LED不亮，一些正常发光，一些略微有些暗。 所以出于实现实践要求和节省芯片的元件的目的，所以设计的电路 都是红色与蓝色相并连在一组电路支

16、路，而绿色单独设一组电路支 路实现。（2）555定时器为达成输出是2Hz的0.5秒矩形脉冲方波，它的原理知 f=1.43（Ri+2F2）C1，所以满足该方程式的 R1、R2、C1的阻值有很多 的组合。而在实际搭连电路中由于考虑的实际中常用的元件与成本 等等，所以实际搭连电路中选用的是 3= 100uf, R仁5.1K R2=1K（3）通过Proteus仿真软件进行仿真，发现方案的灯需要循环的条件是 与逻辑门连接，可以通过彩灯亮与不亮的情况，找出所需要的逻辑 门是哪一种，从而实现灯的追逐花样。（4）在Proteus仿真软件中，有很多的相似的元件在库里，在型号名字 上也有相似的地方，例如译码器 7

17、4LS138与74ALS138而在设计电 路插入有的类似的元件时，最后可能不能经仿真处理，因为有的元 件是可以从库里调出来的，但是它不能用于仿真，所以在出现相应 的错误信息时，应调整相应所需的元件。（5）原实验原理图是选用的4输入或非门，但是由于实际元件是将等式拆分为非与式。用的是 74LS04与74LS0&6. 体会和总结在为期两个星期的电工电子综合课程设计，从选课题到组队，再到查资料， 学软件做仿真，搭连电路，做检测、调试并修改，从中收获了很多，不光是理论 的知识的强化，还有实践动手的锻炼，以及对这种以前没有尝试过的课程设计的 流程的熟悉。在知识方面，不仅回顾了这个学期学过的数字电

18、路基础里的理论知识，也对相关的知识做了补充与深入，例如我们小组所选的课题一一霓虹灯控制电路设 计，我们小组就它采用了 5种不同的方法实现，不光是元件上， 在原理上也熟悉 运用了。此外，设计还要求对Proteus仿真软件的学习。于是我们由开始的一窍不通 到现在的有所了解，其实在 Proteus之前，我们已经学习过了 protell99与电气 CAD，以及数电理论与实验时所用的 EWB，它们在一定的程度上有相似之处。 通过这段时间的接触，发觉 Proteus软件还是比较好用的。这次的课程设计，让我对数字电路这一科有了更深入更详细的了解。发现， 只有理论上的学习是远远不够的， 它需要更多的搭建实物或

19、是软件仿真， 因为往 往理论运用在实际中的实现是存在很多的问题及误差的。在连接实物图时，先以为只要我们按照经仿真过的设计原理图一次性的把线和芯片以及其它元器件连接好，就可以实现课程设计的设计要求。但事实上是，实物中需要考虑的因素很多：连接前导线、芯片是否能够正常工作；面包板上错 综的导线的布局影响着后期的检查的难易； 面包板有些插口的好坏；导线与插孔 的接触是否良好等等，这些都可能造成电路目的：不论是彩灯的亮不亮还是它们 的顺序循环，都无法实现，这与我们的数电设计实验类似，接线的复杂等原因， 使得我们在检测和调试方面有着更多的工作，所以考察也锻炼了我们的耐心和故 障排查能力。除了理论上的学习，即使是在设计好，