流水灯课程设计

1、数字电子技术课程设计报告（ 彩灯控制器 ）专业：电子信息工程 班级： 7B1211 学号： 123025 姓名：白旭飞 年月： 2014-6-28、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自动清零，每个指示灯被点亮的时间相同约为0.5S 2S范围内。3用计算机画出设计电路图，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 和元器件的选择，画出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

2、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（与彩灯全亮相比） 。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 1s 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 74LS163。进而彩灯在脉冲的作用下依次 点亮，并实现循环，完成实验要求。2. 总体思路先用 555定时器用来生成 1s 标准单位 cp

3、 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 0，Q1，Q2和 Q3 接彩灯然后连接几个逻辑门，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。其中 6 脚称阈值端 (TH) ，是上比较器的输入；

4、 2 脚称触发 端(TR)，是下比较器的输入； 3 脚是输出端 (Vo) ，它有 O和 1两种状态，由输入 端所加的电平决定； 7 脚是放电端 (DIS) ，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 (MR)，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。图 1( A )图 1(B )把它接成占空比可调振荡器VCC=,RA=714,RB=714,C=1uf实现单位 1s的脉冲 cp，将它输出的脉冲加到 74LS151的 cp端2. 脉冲设计电路74LS161目的实现模 5

5、计数器，达到每五秒生成一个脉冲输向下一个芯片图2实现模 5计数器，用它的后五个状态，把 D0D1D2D3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目的：用其输出端对三个彩灯分别进行循环循环控制图3把 CR 接高电平， SR接到 Q3 端，实现环形计数器， D0D1D2D3预置 1000， SL 置空, Q0接红灯 Q1接黄灯 Q2和 Q3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，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

6、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，红灯亮，这是 Q0 Q1 Q2 Q3 通过同或门向 S1 送低电平，这时芯片就会 10000100 0010 00011000010000100001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，以及内部构造图其工作原理 ：它含有两个电压比较器，一个基本 RS 触发器，一个放电开关 T，比较器的 参考电压由三只 5K 的电阻器构成分压， 它们分别使高电平比较器 C1同相比较

7、21端和低电平比较器 C2的反相输入端的参考电平为 2Vcc和 1Vcc 。C1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过 2Vcc 时，触3 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；当输入信自2脚输入并低于 1Vcc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。RD是复位端，当其为 0 时， 555输出低电平。平时该端开路或接 Vcc。Vco 是控制电压端（ 5 脚），平时输出 2Vcc 作为比较器 A1 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一种控 制

8、，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TR 触发TH 阈值R 复位DIS 放电端OUT 输出1Vcc3>2Vcc3H导通L1Vcc32Vcc3H原状态1Vcc3×H截止H××L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，功能见表图5选择控制端（地址端）为 CA ，按二进制译码，从 8 个输入数据 D0D7中，选择一个需要的数据送到输

9、出端 Y，G 为使能端，低电平有效。（1）使能端 G1时，不论 CA 状态如何，均无输出（ Y0，W1），多 路开关被禁止。 838 电子（ 2）使能端 G0 时，多路开关正常工作，根据地址码 C、B、A 的状态选 择 D0D7 中某一个通道的数据输送到输出端 Y 。如： CBA 000，则选择 D0 数据到输出端，即 YD0。如： CBA 001，则选择 D1 数据到输出端 ,即 YD1，其余类推构成 16以内的任意进制加法计数器： 用S0，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 S0，但需小于 SN。对于异步置数：在输入第 N 个计数

10、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 N1 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 SM SN-1 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：如图 6管脚图介绍 ：时钟 CP 和四个数

11、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. (TC=Q0· Q1·Q2·Q3·CET从 74LS163 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， 74LS163输出端 Q3、Q2、Q1、Q0 的状态分别与 并行数据输入端 D3，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

12、 1。74LS163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74LS163可以组成 16进制以下的任意进制分频器。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。图7表774LS194各引出端功能如下：D0D3: 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。S1、S0： 工作方式控制端。从其功能表和

13、图 7-19(c)时序图可以看出，只要 Cr =0，移存器无条件清 0。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。5.三、电路设计基本原理设计电路图如图 8 所示：四、测试与结果分析电路设计， 安装元器件及连好导线后， 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 以电路原理图正确。检查导线的连接是否与电路原理图上一致。

14、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 伏直流电压输出正常， 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，多功能流水灯电路设计，调试与实验基本成功。五、心得体会通过对本课件的制作，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， 致使电路不能正常工作。 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，经过几次尝试 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融合到一起， 应用于解决实 际问题中，同时又加深了自己对 EWB 仿真软件