多功能流水灯

西安欧亚学院 信息工程学院 数字电子技术课程设计报告 题目名称 多功能流水灯 班级学号 通信工程 学生姓名 指导教师 数字电子技术设计 1 1 目录目录 1 目的 任务及要求 2 1 1 目的 2 1 2 任务 2 1 3 电路装配要求 2 1 4 设计报告要求 2 2 内容 2 2 1 电路原理图 2 2 2 单元电路一及原理分析 2 2 3 单元电路二及原理分析 4 2 4 涉及知识点 5 3 仿真结果 6 4 实验结果 6 5 器件清单 7 6 总结 7 6 1 知识总结 7 6 2 心得体会 7 参考文献 8 数字电子技术设计 1 2 1 目的 任务及要求 目的 任务及要求 1 1 目的 目的 通过本次课程设计和电路装调实践 验证所学专业理论 加深概念理解 培养和 提高学生的综合应用能力 1 2 任务 任务 多功能流水灯设计 本设计把74LS194计数器产生的数字信号给74LS04译码器实现流水灯从左到右依次 熄灭的功能 运用555多谐振荡器产生频率为1HZ的脉冲 提供给控制电路 1 3 电路装配要求 电路装配要求 1 熟悉器件功能 管脚及应用参数 2 熟悉电路结构 原理及工作特性 3 掌握电路的静态测试方法 包括 电路所用原件测试和芯片的测试 4 动态测试 用发光二极管测试输出结果 5 故障分析 定位及排查 1 4 设计报告要求 设计报告要求 1 画出完整的电路图 简述工作原理及涉及的核心知识点 2 调整电路前进行电路特性仿真 得出电路仿真图形 3 测试结果并记录 4 总结本次课程设计的收获 体会 2 内容 内容 2 1 电路原理图电路原理图 图 1 2 2 LM555CN 芯片芯片原理分析原理分析 本设计中我们需要 1Hz 的脉冲信号 周期为 1S 的芯片 所以需采用 555 多谐振荡器 图 1 为 555 芯片管脚图 可利用公式求得 T T 0 7 R1 2R2 C 设定 R1 R2 为 10K 可算出电容 C 为 47uf T 0 7 10 10 2 1000 47 0 000001 0 987 脉冲 流水 灯控 制电 路 LED 灯 数字电子技术设计 1 3 图 2 1 管脚 GND 2 管脚 TR 触发器输入端 3 管脚 V 输出端 4 管脚 复位输入端 5 管脚 Vcd 控制电压端 6 管脚 TH 输入端 7 管脚 DISC 放电端 8 管脚 Vcc 电源 图 3 为功能表 图 3 由 555 定时器构成的多谐振荡器如图所示 R1 R2 和 C 是外接定时元件 电路中 将高电平触发端 6 脚 和低电平触发端 2 脚 并接后接到 R2 和 C 的连接处 将放 电端 7 脚 接到 R1 R2 的连接处 由于接通电源瞬间 电容 C 来不及充电 电容器两端电压 uc 为低电平 小于 1 3 Vcc 故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平 输出 uo 为高电平 放电 管 VT 截止 这时 电源经 R1 R2 对电容 C 充电 使 电压 uc 按指数规律上升 当 uc 上升到 2 3 Vcc 时 输出 uo 为低电平 放电管 VT 导通 把 uc 从 1 3 Vcc 上升 到 2 3 Vcc 这段时间内电路的状态称为第一暂稳态 其维持时间 TPH 的长短与电容 的充电时间有关 充电时间常数 T 充 R1 R2 C 数字电子技术设计 1 4 图 4 555 多谐振荡器产生的脉冲电路 本设计由多谐振荡器产生不同频率的脉冲替代分频电路的作用 1 号引脚接地 4 号引脚直接电源 其余按图接入 R3 为电位器 R1 R2 的电阻为 5k 电容分别设 为 100nf 10nF 这样就形成了一个可变频率的稳定脉冲 调节电位器 使频率变化 就能使流水灯的变化清晰可辨 根据公式 T 0 7 R1 2R2 C D R1 R1 R2 其中 R1 R2选用 5K 计算出电容为 C 100nf 2 3 74LS194 74LS04 芯片芯片原理分析原理分析 74LS194 寄存器 本设计的任务是将稳定脉冲变成时间信号 实现这一功能可用寄存器 计数器等 本设计采用寄存器将稳定的脉冲信号转变为数字信号输给 74LS04 因为要使流水灯流 向可控 所以采用单刀双掷开关 管脚图如图 5 所示 1 管脚 复位端 12 13 14 15 管脚 并行输出端 3 4 5 6 管脚 并行输入端 2 管脚 右移串行输入端 7 管脚 左移串行输入端 8 管脚 GND 9 10 管脚 操作模式控制端 11 管脚 时钟 16 管脚 Vcc 电源 图 5 数字电子技术设计 1 5 当清除端 CR 为低电平时 输出端 QA QD 为低电平 当工作方式控制端 S0 S1 为高电平时 在时钟上升沿作用下 并行数据 A D 被送入相应的输出端 QA QD 此时串行数据 SR SL 被禁止 当 S0 为高电平 S1 为低电平时 在 CLOCK 上升沿作用下进行右移操作 数据由 SR 送入 当 S0 为低电平 S1 为高电平时 在 CLOCK 上升沿作用下进行左移操作 数据由 SL 送入 当 S0 和 S1 为低电平时 CLOCK 被禁止 74LS04 芯片 六反相器辅助移位 图 6 1A 2A 3A 4A 5A 6A 管脚 输入端 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 管脚 输出端 8 灯往复循环 Q1 Q8 同时执行左移或右移功能 所以 74LS04 的 3Y 控制 Q1 1Y 控制 Q8 第二个 74LS194 的 SR 控制 Q4 第一个 74LS194 的 SL 控制 Q5 开关公共端控制 两个 74LS194 的 S0 和 74LS04 的 3Y 当开关置于接地一端时 执行左移功能 Q1 Q8 灯输出为 00000000 00000001 00000011 00000111 00001111 00011111 00111111 01111 111 11111111 当开关置于接电源一端时 执行右移功能 Q1 Q8 灯输出为 00000000 10000000 11000000 11100000 11110000 11111000 11111100 11111 110 11111111 2 4 涉及知识点涉及知识点 此次实验涉及知识点包括对各种芯片的理解和应用以及连接方法 过程需注重查看其管脚图以及功能表 了解芯片本身 正确的使用面包板以及实验箱进行正确的操作和连接 数字电子技术设计 1 6 3 仿真结果 仿真结果 图 7 4 实验结果 实验结果 图 8 数字电子技术设计 1 7 5 器件清单 器件清单 元件元件 数量 个 数量 个 555 集成芯片1 74LS1942 74LS041 10K 电阻 2 0 01uF 电容1 47uF 电容1 5V 电源2 发光二极管8 6 总结 总结 6 1 知识总结知识总结 本次实验使用 74LS194 74LS04 及 LM555CN 芯片及一些设备组成电路 555555 谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路 由于矩形波中除基波外还含有丰 富的高次谐波 故称为多谐振荡器 多谐振荡器没有稳态 只有两个暂稳态 在自身 因素的作用下 电路就在两个暂稳态之 间来回转换 故又称它为无稳态电路 6 2 心得体会心得体会 通过对这次流水灯的课程设计 我清楚地看到了自己的知识薄弱的方面 各个知 识点没有联会贯穿 有些芯片的掌握不够准确 在设计及连接电路的过程中 充分体 会到了实际操作的重要性 如果没有老师的指点 可能自己会在一些地方打转弯 浪 费掉很多时间 通过这次课程设计 可以很好的把各个章节的模块融合到一起 对以 后的学习 设计很有帮助 当实验过程中遇到问题 不要盲目的把导线全部拆掉 然后又重新连接一遍 这 样不但浪费时间 而且也无法得到锻炼我们动脑动手的能力的目的 此时 我们应该 静下心来 冷静地分析问题的所在 有可能存在哪一环节 比如实验原理不正确 或 是实验电路需要修正等等 只有这样我们的能力才能有所提高 数字电子技术实验 有利于掌握知识体系与学习方法 有利于激发我们学习的主 动性 增强自信心 有利于培养我们的创新钻研的能力 有