流水灯课程设计

目录1技术指标 TOC\o"1-5"\h\z初始条件 2\o"CurrentDocument"技术要求 2\o"CurrentDocument"2设计方案及其比较 2方案一设计框图单位脉冲电路设计图 2脉冲分配器4017 3\o"CurrentDocument"方案原理图 3\o"CurrentDocument"工作原理： 4方案二设计方框图单位脉冲电路设计图同 5移位寄存器 5\o"CurrentDocument"工作原理： 5方案原理图： 6方案三设计方框图脉冲产生器同图 6计数器 6译码器 7工作原理 7方案原理图 8\o"CurrentDocument"3实现方案 9主要电路功能介绍 9脉冲产生电路 9计数器74LS161 10译码器74LS138 103.2方案原理图 11工作原理： 11\o"CurrentDocument"4调试过程及结论 12\o"CurrentDocument"5心得体会 12\o"CurrentDocument"6参考文献 13圈式流水灯电路的设计1技术指标直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具。技术要求设计一种利用发光二极管作为流水灯指示,实现连接成圆圈式的发光二极管依次循环点亮形成移动的光点,要求可以实现流水灯的循环时间可以调节。2设计方案及其比较方案一单位脉冲电路是由一块时基集成电路NE555和C1、C2、R1、R2等组成(其中C1为延时充电电容，C2为抗干扰隔离电容，R1、R2为延时充电电阻，而R2又为放电电阻)。也称作多谐振荡器：充电时间T1=0.7*(R1+R2)*C1;放电时间T2=0.7*R2*C1;输出的矩形脉冲的周期为：T=T1+T2=0.7*(R1+2*R2);占空比：q%=R1/(R1+R2).通过调整R1、R2、C2的参数便可改变输出脉冲的频率。

woo555woo5551脉冲愉出单位脉冲电路图（）2・1・3脉冲分配器4017LS_CP0-CE1MR4017BD当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余9个输出端Q0〜Q9均为低电平。时钟输出端CP0对输入时钟脉冲的上升沿计数，cp1则对时钟脉冲的下降沿计数。Q0〜Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。如从0开始计数,则输入到第1个时钟脉冲时,Q1就变成高电平，输入第2个时钟脉冲时,Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲，Q0变为高电平。如此反复，只要集成块NE555的3LS_CP0-CE1MR4017BD引脚说明：3个输入端（2个时钟输入端CP的14脚、EN的13脚复位端Cr的15脚）。有10个输出端Q0〜Q9（依次为3脚、2脚、4脚、7脚、10脚、1脚、5脚、6脚、9脚、11脚）。c.还有一个进位端CO方案原理图

VCZC2f■ILL1555VCZC2f■ILL1555口62X14CE'U--CFlMR4017BDCTTOnl=方案一原理图（图2.4）工作原理:原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。在设计电路时，本文选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过调节R2、R3及C3的参数来控制。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017构成。接通电源后，振荡电路通过3端输出连续脉冲，输入到CD4017的脉冲输入端CP0,使其对应的输出端依次变为高电平状态，LED依次点亮，实现循环。方案二电源脉冲产生器移位寄存器光源电路电源脉冲产生器移位寄存器光源电路方案二设计思路图（图2.5）当清除端（CR）为低电平时，输出端（Q0〜Q7）均为低电平。当其为高电平，且SH/LD也为高电平时，在CPO上升沿作用下进行移位操作，数据由J、K送入。输出端依次输出J,K的状态。CQq匚口匸CQq匚口匸Q匸31232274LS'丄A「9引脚说明：CPO,CP1时钟输入端CR清除端（低电平有效）DO〜D7并行数据输入端J串行数据输入端K 串行数据输入端（低电平有效）Q0〜Q7输出端SH/LD移位控制/置入控制（低电平有效）74LS191引脚图（图2.6）2・2・4工作原理:脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过调节R2、R3及C3的参数来控制。灯光流动控制器由一个八位移位寄存器74LS199构成。最右端输出端通过复位线连接到J,K输入端，当有连续脉冲输入时，输出端Q0~Q7依次输出高电平，Q7端的高电平通过反馈,送回输入端，实现高电平循环输出，LED被循环点亮。2・2・5方案原理图:2.3.22.3.2脉冲产生器同引脚说明：时钟CP数据输入端P0~P3清零/MR使能CEP,CET置数PE

数据输出端Q0~Q3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，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，按顺序输出四位二进制数码。口吝

码

译口吝

码

译引脚说明：A0~A2地址输入端Y0~Y7输出端E1,E2,E3使能端74LS138译码器引脚图图（2.10）当一个选通端（E3）为高电平，另两个选通端（E1）和/（E2））为低电平时，可将地址端（AO、A1、A2）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。工作原理当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器174ls161在连续脉冲的作用进行八进制计数，输出端依次输出000001010011100101110111000，输出的二进制数码送到74LS138的地址输入端，进行编码，对应的输出端输出低电平，进而驱动LED发光。当地址输入端实现循环时，输出端也能循环输出低电平，依次点亮LED.

2・3・6方案原理图2.4方案比较：三个设计方案，都是用了555定时器构成的脉冲产生器，为了达到流水灯的效果，方案一利用的是数据分配器CD4017工作原理的特点，方案二利用的是四位移位寄存器能实现将某个特定的数字左移或者右移的特点来实现的，方案三则采用来由74LS161来构成了自启动的八进制计数器，并将计数器的输出接到译码器74LS161的地址端，将计数过程从译码器的输出端显示出来。但方案三的可控性更好，而且更经济，容易实现，因此采用方案三作为最终方案。3实现方案主要电路功能介绍口脉冲产生电路脉冲产生器由集成电路NE555和C1、C2、R1、R2等组成（其中C1为延时充电电容,C2为抗干扰隔离电容，R1、R2为延时充电电阻，而R2又为放电电阻）。通电后，因电容C1两端电压不能突变，2脚的电压为低电平，集成块NE555的内部触发器被置位，3脚输出高电平。同时，由于电源经电阻R1和R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高，当电位上升到VCC的23时，集成块NE555的内部触发器被复位，3脚的输出电压翻转为低电平。同时集成块NE555内部的放电管导通，即7脚通过内部的放电管和1脚相通，C2上储存的电荷就通过R2、7脚放电，使6脚和2脚的电压不断下降，当电位降低到VCC的1/3时，集成块NE555的内部触发器被置位。同时集成块NE555内部的放电管截止，7脚被悬空，电源又通过R1、R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高 如此，周而复始,形成振荡。输出端的高电平维持时间取决于电容C2的充电时间常数，输出端的低电平维持时间取决于电容C2的放电时间常数。

3.1.2计数器74LS161引脚图如方案三图，功能表如下输 衣输 出%_EF22◎%%%0中中中中中中中0001t0◎中dCbadCba1t10◎$r^3Q昱QiQ(J1t1中0中中中中2"i•Qq1t111申中中状态码加174LS161功能表（）从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“O”，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,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。74LS161还有一个进位输出端CO,其逻辑关系是CO=Q0•Q1•Q2•Q3•CET。译码器74LS138引脚图如方案三图，功能表表如下:输A输出爲+兀比乩珀此爲芯打y5rfi爲0XXX11111111X1XX应11111111100000111111110001101111111□01011□1111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110译码器74LS138（图3.3）由功能表可知：当一个选通端（S1）为高电平，另两个选通端（/（S2）和/（S3）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。当S1为低电平或S2,S3同为高电平时，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平74LS138的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0其余7个输出管脚全为高电平1D方案原理图口VCC□工作原理：0如实验电路图所示，NE555芯片的8脚和复位端四脚接电源，将2脚和6脚并联，再与RC构成充放电电路的串联点连接，将7点接到放点电。C2两端的电压作为触发器输入信号，5脚通过大小为0.01uf的CI电容接地，则构成了多谐振荡电路。多谐振荡电路产生的脉冲接到芯片74LS161的EP端，把555定时器用来生成特定占空比特定频率的方波脉冲，把脉冲给计数器74LS161,通过74LS161形成模8加法计数器，再将74LS161输出信号供给译码器74LS138，计数器的使能端ET，CP,复位端RD和置位端LD接电源，Q1,Q2,Q3分别接译码器的地址端A0,A1,A2，将计数结果通过译码器显示出来，译码器的SD，S0接电源，S1,GND接地，译码器的八个输出端通过发光二极管与电源相接。当电源接通时，多谐振荡电路为电路输入脉冲，当时钟脉冲的下降沿到达时，计数器计数一次，将计数的结果输入译码器的地址段，译码器相对应的发光二极管发亮，因计数器被设计成八进制的计数器，可实现发光二极管随着脉冲下降沿的到来依次发光。调试过程及结论完成电路设计，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：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。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，74LS161,74LS138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：按下开关，发光二极管出现循环亮暗变化，通过改变相关电阻或电容的大小，进一步确定发光二极管各自发光停留的时间，从而形成循环时间可调的流水灯。心得体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我设计了三个方案包括电路原理图，芯片选择等。最终的实验方案总共使用了74LS161，74LS138各一个， NE555定时器一个。2、 在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。3、 我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功