流水灯课程设计

1、目录1实验内容及要求-2方案比较及认证-3系统框图，原理说明-4硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明- 4.1脉冲信号产生电路-41.1 1 HZ 555定时器的工作原理及内部结构图-41.2 脉冲信号发生器的设计原理图-4.2显示电路- 4.3移位控制电路- 43.1 74LS194管脚图及功能介绍-4. 3.2 74LS194设计循环电路-4.4总体电路-5组装及调试过程-6收获，体会和改进设计的建议和展望-参考文献-附录-【】 本实验主要是利用移位寄存器，发光二极管，555定时器等一些电路元件设计简单的流水灯电路。并利用书上所有的知识和所使用的元器件的型号，写出各元件的功能表。在此基

2、础上画出原理图和接线图。通过组装，调试电路，自行排出故障，最终实现流水灯功能。 课程设计主要目的是通过某一电路的综合设计，了解一般电路综合设计过程，要求应完成的工作内容和具体的设计方法，通过设计也有助于复习，巩固以往所学的内容，达到灵活应用的目的。在设计完成后还要把设计的电路进行安装、调试以加强动手能力,在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应培养以动手能力为主，在独立完成设计及制作任务的同时注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面： 独立工作能力和创作能力。 综合运用专业及基础知识,解决实际工程技术问题的能力。 查阅图书资料,产品手册和各种工具书的能力。一些技术报告和编制技术资料

3、的能力。实际动手能力。关键字: 移位寄存器 555寄存器 发光二极管 开关 一.【实验内容及要求 】 (1)8个彩灯能够自动循环点亮.(2)彩灯循环显示且频率快慢为1S.选作:设计具有控制彩灯循环右移功能的电路。二【实验方案比较及认证 】 方案一：图1 彩灯原理图（方案一）方案一:如图1所示，触发信号和方案一种相同都是用555定时器来设计。在灯的旁边加上的8个开关，8个开关同时合上可以使其全亮。当8个开关都断开且与E1相连的开关合则译码器输出全为高电平，八个灯全部熄灭。本方案主要利用74LS192的可加减计数功能和74LS138的译码输出特点来完成左移右移的功能。1) 当74LS192进行加计

4、数时，彩灯进行右移，当计数器计到8时，通过反馈清零法，使计数器的状态恢复到0000状态。这样就完成彩灯的右移循环功能了。2) 当74LS192进行减法计数时，彩灯进行左移，计数器计到9时，通过反馈置数法，使计数器的状态恢复到0111状态。这样就完成彩灯的左移循环功能了。方案二：图2 彩灯原理图（方案二）方案二：如图2所示，本方案主要利用74LS194的双向移位功能和置数功能，彩灯采用共阳极接法，触发信号采用555定时器3脚产生的1HZ的矩形波信号，通过开关控制其全亮全灭以及左移右移来满足设计要求。方案一和方案二相比，显然方案二的电路比较简单，所有原器件和导线更少，不需要额外加门电路，所以选用第

5、二种方案来设计。三【系统框图，原理说明】图3 彩灯组成框图如图3所示，彩灯循环一般由振荡器，移位寄存器，显示电路等几部分组成。其中，振荡器构成组成1HZ信号发生器，由移位寄存器控制彩灯的左移和右移循环系统及全亮控制电路。1HZ信号送入移位寄存器，并且将此时移位寄存器的并行输出状态通过发光二级管显示出来，这就是显示电路。移位寄存器本身含有清零和置数的功能，可通过反馈来实现左循环和右循环功能，这就构成了复位，置数电路。四【硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明】41 脉冲信号产生电路41.1 555定时器的工作原理555定时器是一种模拟和数字和数字功能相结合的中规模集成器件.555定时器的电压范

6、围宽,可在4.5V16V工作，输出驱动电流约为200mA，因其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电容兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555定时器的功能主要有两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管状态。（a） 如图（1）所示。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3,C2的反相输入端的电压为VCC/3。（b） 若触发输入端TR的电压小于VVV/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使其输出OUT=1。（c） 如果阈值的输

7、入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可使RS触发器置0，是输出为0电平。4.1.2 1HZ脉冲信号发生器的设计原理图 如图（4）所示，其中R1、R2为100K的电阻，C1为4,7mF、C2为0.01mF的电容，VCC为+5V电源，GND接地。接通电源后，电容C被充电：图4 脉冲信号产生电路图 当Vc上升到2/3Vcc时，使V0为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，V0下降。1） 当Vc下降到1/3Vcc时，V0翻转为高电平。电容器放电所需时间为tpL=R2CIn2;2） 当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、

8、R2的电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2/3Vcc所需的时间为tpH=(R1+R2)CIn2;3） 当Vc上升到2/3Vcc时，电路又翻转为低电平。总结：如此周而复始，于是，在电路的输出端就可以得到一个周期性的矩形波。4.2 显示电路 如图（5）所示，四个发光二极管的阳极同时接高电平，阴极通过,22欧姆的电阻分别与移位寄存器的Q0、Q1、Q2、Q3相连，当移位寄存器对应的输出端输出为高电平时，则与之对用的二极管熄灭，反之则点亮。通过移位寄存器的输出高低电平就可以控制发光二级管的点亮和熄灭。图5彩灯显示电路4.3 移位控制电路4.3.1 74LS194管脚图及功能介绍。 如图6所示为74LS

9、194管脚图图6 74LS194管脚图 表1 74LS194 功能表 如表1所示,74LS194是集成移位寄存器是四位可逆可并行预置的移位寄存器。由功能表可知，74LS194具有异步清零作用，输入端输入低电平信号，四个输出端都立即变成”0”。在无效时，俩工作方式输入端S1 S0电平决定74LS194工作方式。1) S1 S0=1 1,并行预置数，在时钟上调时刻，并行输入数据D3 D2 D1 D0 预置到并行输出端；M1 M0=10，左移寄存，左移输入端SL输入数据寄存到Q0，各位数据向高位移动；2) S1 S0=0 1，右移寄存，右移输入端SR输入数据寄存到Q3，各位数据向低位移动；3) S1

10、 S0=0 0，寄存器处于保持工作方式，寄存器状态不变。芯片 74LS19474LS194 TTL 四位双向通用移位寄存器五【移位寄存器及其应用】1芯片具有下述性能：· 具有4位串入、并入与并出结构。· 脉冲上升沿触发；可完成同步并入，串入左移位、左移位和保 持等四种功能。· 有直接清零端Cr。图中D0D3为并行输入端，Q0Q3为并行输出端；DSR、DSL为右移、左移串行输入端；Cr为清零端；MB、MA为方式控制，作用如下：MBMA=00 保持MBMA=01 右移操作MBMA=10 左移操作MBMA=11 并行送数2熟悉各引腿的功能，完成芯片的接线，测试74LS1

11、94的功能，并将结果填入表15.1中。CrMBMAcpDSRDSLD1D1D2D3Q0Q1Q2Q30× ××× ×× × × ×1× ×0× ×× × × ×11 15× ×d0 d1 d2 d310 151 ×× × × ×10 150 ×× × × ×11 05× 1× ×

12、× ×11 05× 0× × × ×10 0×× ×× × × ×表15.13移位寄存器的应用（1）74LS194芯片构成的8位移位寄存器用两片74LS194芯片构成的8位移位寄位器电器如图15.4所示。当MBMA的取值分别为00.01，10.11时逐一检测电路的功能，结果列成功能表的形式。图19.4 8位移位寄存器（2） 74LS194芯片构成的8位串行-并行转换电路。电路如图15.5所示。图15.5图中74LS94（1）、（2）和DFF实现8位串行-并

13、行转换，74LS194（3）、（4）作为数据寄存。电路的输出Q0Q7接8位发光二极管显示状态。选择下列几组串行数码输入，观察并记录电路的输出状态。（1）10011，0011（2）00011，1011（3）11101，1010（4）10101，10004.3.2 74LS194 设计循环电路图7 74LS194构成的四位循环彩灯 如图7所示,C1脚接1HZ的脉冲信号。MR接高电平。D0接低电平，D1、D2、D3接高电平。接通电源，开始S1，S2均断开，74LS194置数使得Q0输出低电平，Q1、Q2、Q3均输出高电平，第一个灯发光，其余均熄灭。具体循环情况如下所述：1） 若上面开关闭合，下面开关

14、打开，即S1输入低电平，S0输入高电平，此时移位寄存器将进行右移，同时输出端Q3接到右移输入端SR，这样使得每隔一秒从左到右换一个灯亮。2） 若上面开关断开，下面开关闭合，即S1输入高电平，S0输入低电平，此时移位寄存器进行左移，同时输出端Q1接到 左移输入端SL，这样循环使得灯从右到左每隔一秒换一个灯亮。图8 8彩灯循环电路 如图8所示,接通电源后,有以下两种情况：1） 当S2闭合,移位寄存器进行清零,所有的输出为低电平此时8个二极管全亮。2） 当S2断开，S3、S4断开时，移位寄存器具有置数功能，此时左芯片的Q0输出低电平，其余均输出高电平，所以只有第一个灯被点亮。 在上述置数的基础上，若

15、将S3闭合，S4断开则进行移位，其工作原理与4位循环彩灯类似，可以进行8位流水灯右移循环。同理，若将S3断开，S4闭合，也可使其进行右移位循环。4.4 总体电路 如图9所示，即将前面所述的单元电路进行组装即可得到，555定时器构成频率为1HZ的脉冲源，为系统提供脉冲信号。2片74LS194构成8位循环电路。 图9 总体电路图仿真图一：（默认电源和地）图10 总体电路仿真图二：（不默认电源和地）图11 总体电路五【组装及调试过程】1. 课程设计前期：通过阅读实验要求确定实验的方法、目的及一般步骤。画好实验电路图，并在模拟环境下设计电路，排除初期的设计障碍，以提高真实环境下的实验效率和器材利用率。

16、准备并检查实验器材。2. 课程设计中期：依照电路图，在实验室完成器件的连接，在连接过程中要注意短路、断路等故障，注意电路排布的整齐和美观，这样有助于电路的故障排查。本次实验采用方案二： 连好电路以后，进行调试，发现很多问题，像发光二级管不亮，不能左移和右移，不能循环等问题，甚至不能置数等问题，经过检查之后发现，芯片管脚电压不正常，可能是芯片已损坏。进过讨论，决定更换新的芯片，再重新接线。经过认证检查最终调试成功，彩灯能够顺利地进行右移循环功能。接线过程中，要注意以下几点：1. 将线一定要插好2. 仔细核对引脚图，不能出现接错脚的情况3. 注意芯片接线时要先接好电源和地，再接好其它引脚不容易出错

17、调试过程中，有一些技巧，我总结为以下几点：1. 在连接电路之前先检查导线是否是好的，否则在出现问题之后就很难分辨出到底是哪部分电路出现问题。2. 调试过程中可在脉冲输出端接一种发光二级管，可以很直接的判定脉冲是否正常，可以节省很多时间。3. 出现问题时，不要急着拆线，要先分析出哪里出错，用万用表检查电路连接是否正确，不能盲目组装。六. 【收获、体会和改进设计的建议和展望】 在短短的几天实训中，不仅仅让我们动了手动了脑，更让我们体会到了理论与实际相结合的重要性，凭空的理论是站不住脚跟的，需要时间来验证。但是我们又不得不承认理论的重要性，理论是前提我们必须打好基础。 在实验设计的过程中，让我们体会

18、到以前从来没有过的动手能力，以及新颖的思维方式，让我从中获益匪浅。实验过程中，我们在电脑仿真时可以执行，但到了真正组装后却又不能正常工作，但最后经过我和搭档的一起努力，终于完成了实验设计。虽说道路艰难，但是我们却又乐在其中。既锻炼了动手能力又培养了动脑能力，更加利于我们在社会上工作。虽说设计实验经历的时间不是很长，但感觉每一天都特别充实，我有时候，老是犯迷糊，总用脑子空想，到最后把思路往电脑上一实践，发现行不通，这也给了我一些启发。光凭空想是不能够解决任何问题的，从这次的电子课程设计中，让我深深的体会到这一点。与此同时，我也体会到了理论与实践的差异性很大。空想的理论没有实践的支持是站不住脚的。

19、 实验设计中，每一步，甚至每一个细节都不是想象中的那么简单，那么轻而易举。555定时器的运用就让我苦思冥想了很久，再到图书大厦查资料，课程设计总算完成了，其实就我自己对这门课的认识：态度决定一切，有一个决心就能做好事情。这次的电子课程设计不仅是对我们学生知识的一次检验，更重要的是培养了我们想问题，做事情严谨的态度和实事求是，认真负责的为事观，更是以后我们为人处事的基础。 建议以后对于相关课程如模拟电路也开设相关的课程设计。课程设计是一个从理论到实践的一次锻炼，这对我们工科学生来说很重要。如果我们以后要从事本专业或者相关专业的工作，课程设计提供的是一个很重要的平台，它将会使我们在走向工作岗位前得到很切合实际的锻炼。在这次课程设计作业的过程中由于在设计方面我们没有足够的经验，