流水灯课程设计

1、 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0.5S2S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；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。 图4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同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为和。C1和C2的输出端控制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；当输入信自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。 是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接。 Vco是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5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，在不接外加电压时，通常接一个0.01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电路的引脚功能触发阈值复位IS放电端输出H导通LH原状态H截止HL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：CBA000，则选择D0数据到输出端，即YD0。如：CBA001，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SMSN-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=Q0Q1Q2Q3CET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1。74LS163还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。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 74LS19474LS194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：如图8四、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。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仿真软件的学习与应用，理论和实践相结合，从而更好地掌握所学知识