可编程彩灯序列实验报告

1、电 子 电 工 教 学 基 地 实验课程： 数字电子技术基础实验 实验名称： 数字显示电路 实验人员: 曾俊琦 宋娅琼 钱思妗 报告撰写： 电子 曾俊琦 08214055 电子 宋娅琼 08214046电子 钱思妗 08214045指导老师： 陆鹏飞 完成日期： 2010年11月 目录1.实验设计目的及要求：21)实验目的：22)实验设计任务：23)要求：22.实验总电路框图及总电路原理图：21)总电路实验框图：22)实验总电路框图：23.实验单元电路分析，元件介绍和元件参数计算：21)555多谐振荡电路：22)分频电路：23)控制部分电路：24)循环电路：25)彩灯部分：24.实验测试结果分

2、析，调试过程中所遇故障的分析：25.设计过程的体会与创新点，建议：26.元件清单：27.仿真报告：28.参考文献：21. 实验设计目的及要求：1) 实验目的：（1） 掌握计数器、移位寄存器电路的原理及应用。 （2） 掌握比较器或译码器电路的应用方法。 （3） 掌握555电路的应用方法（4） 可编程彩灯电路实验将传统的四个分离的时序电路移位寄存器，计数器（分频器）、555和组合电路实验综合为一个完整的设计型的时序、组合电路综合实验。教学目的是让学生熟悉各种常用的中规模集成电路时序逻辑电路的功能与使用方法，掌握多片中小规模集成电路时序逻辑电路的级联及综合设计技术，并学会组装和调试各种中规模集成电路

3、时序逻辑电路。2) 实验设计任务：（1） 分析图示电路功能 。（2） 完成振荡电路及分频电路的设计。（3） 连接整体电路，测试分析实验结果。3) 要求：（1） 彩灯电路循环速度肉眼可辨。（2） 可2灯循环，3灯循环，8灯循环。最少6灯，可扩展成可逆循环。（3） 要求有功能扩展。 2. 实验总电路框图及总电路原理图：1) 总电路实验框图：2) 实验总电路框图：3. 实验单元电路分析，元件介绍和元件参数计算：1) 555多谐振荡电路：555定时电路是模拟-数字混合式集成电路。555定时电路分为双极型和CMOS两种，其结构和原理基本相同。555定时电路外引脚线排列如下所示：TH：阈值输入端TR：触发

4、输入端CO：控制电压输入端OUT:输出端DIS: 放电端RST: 复位输入端从结构上看， 555定时电路由2个比较器、1个基本RS触发器、1个反向缓冲器、1个漏极开路的NMOS管和3个5k电阻组成分压器组成，因此命名555定时电路。其内部的两个电压比较器构成一个电平触发器，上触发电平2/3Ucc，下触发电平为1/3Ucc，在5脚控制端外接一个参考电压Uc，可改变上下触发电平值，两比较器的输出端分别接R-S触发器，由于两个或非门组成的R-S触发器必须用负性信号才能触发，因此只有同相端的电位高于反相端电位时，R-S触发器才翻转。外接控制电压时，555的逻辑功能表：输  

5、0;    入  比较器输出 输     出 uTHuTRRDR(C1) S(C2) OUT 放电三极管T dUR1UR1UR1dUR2 UR2UR20111 d110d01101不变0导通截止不变导通不外接控制电压时，555的逻辑功能表：输     入输    出uTHuTRRDOUT放电三极管dd00导通11截止1不变不变00导通设计多谐振荡器电路图如下图所示：当接通电源时，由于电容C2两端的电压不能突变，定时器的低触发端

6、2端为低电平，输出端3端为高电平（内部结构决定）。电源经过R1、R2给电容充电，当电容电压充到电源电压的2/3时，555内部的NMOS管导通，输出为低电平。电容通过R1和NMOS管放电，当电容两端的电压下降到低于1/3电源电压时，NMOS管截止，电容放电停止，电源通过R1、R2再次向电容充电。如此反复，形成振荡。忽略NMOS管导通电阻可得：振荡周期为：；充电时间为：；放电时间为：。根据实验需要我们设计555计时电路如上图，输出频率为5Hz-10Hz连续可调，经过分频器可进行二分频、四分频、八分频。波形如下图：2) 分频电路：分频电路有计数器74LS193组成。74LS193芯片可进行加法、减法

7、计数，根据电路需要不同可设置不同的计数模式。本实验中，我们采用加法计数，四输入端DCBA=1111，由输出端QB作为移位寄存器的输入时钟信号。有分析可知，该分频电路为四分频。3) 控制部分电路：控制部分电路由编码器74LS148和译码器74LS138组成，用来控制两片74LS194的输入。译码器74LS138的四输出端分别接两片74LS194的输入端。4) 循环电路：根据功能表设计电路如下图所示：J4，J5是控制电路左右来回循环闪烁的，预置信号用J2的八个开关，用以控制循环灯数量，可以选择2到8灯循环，J3可以选择彩灯全亮或循环运行。两块194通过SL，SR连接，可以进行左移、右移的进位输入，

8、通过输出端电平开关选择控制从第几位开启置位，达到循环的效果。5) 彩灯部分：由于我们采用74LS148与74LS138配合进行彩灯的预置，138输出为低电平有效，所以彩灯部分我们也采用低电平有效，即让所有发光二极管的阳极一起接电源，阴极接芯片的信号，具体电路如下：4. 实验测试结果分析，调试过程中所遇故障的分析：本实验是这学期我们所接触到的第一个完全自主的设计性实验，我们查资料，确定实验方案设计原理图，经过两天的努力，我们终于圆满完工。当然，因为图案复杂，我们在焊接过程中大部分时间和精力花在了焊接图案上。我们作品创新点：使用74LS194实现了双向循环，充分利用了各芯片的特性和引脚，加入各种控

9、制开关，得以实现彩灯运行与暂停、置位、试灯（全亮）、2-8灯循环、正循环、逆循环等功能，可以说对芯片利用非常完善。5. 设计过程的体会与创新点，建议：曾俊琦：这次的实验比较上次的难度大了很多。首先是老师只给出了部分电路，其余的电路要自己设计，这就要求我们对数电实验中涉及到的芯片及其功能比较了解，并且能熟练应用。其次，老师要求自己设计的电路要有一定的扩展功能，在满足基本要求的基础上我们还使设计的电路有一定的扩展功能。再者，就是移位寄存器的运用。在电路设计的过程中，我们组员询问了好多同学，也参阅了有关书籍，向学姐学长们请教他们的经验。最终，根据我们所现有的知识，设计出了实验电路，并做了仿真实验，在

10、仿真实验成功的前提下，我们才开始了板子的焊接。由于线路很复杂，我跟同组组员还是在设计布线上花了很大的功夫，但是最后效果不是很理想。可能是由于焊接时电路较复杂，我们在焊接时疏忽了好多，漏焊了好多。因此，在第一次焊接结束进行调试的时候，发现结果出不来，然后就开始检查错误。基本上所有的错误都检查出了，可是结果还是不对，彩灯也是在闪的，可是基本上人眼不能分辨。我们通过公式计算了一下，发现用的电阻电容都是正确的，可是，就是不知道错误出在哪个地方。最后一级一级的检测，发现分频电路的输出有问题，于是我们就认为是74LS193的问题，最后发现芯片本身没有问题，是在多谐振荡电路的部分，两个大小不同的电容接反了。

11、庆幸的是错误终于找到了。我们把这两个电容的位置调整了一下，结果终于出来了！宋娅琼：由于前一个实验的打击，这次实验的热情度明显降低，没有第一个实验那样急切的想赶紧弄完的心情，而且，对于后面彩灯的设计，也不是那么重视。于是在我们的实验成果上，就是那么八个二极管排成一列按顺序亮着，而没有弄成什么字或者图案的。这次实验算是成功的吧，因为不像对第一次实验要求那么高，能出来结果就达到我们的目标了。然而这次实验成果的达到，也让我们经历了很波折的一段。电路图是早早的设计出来了，就是一个时序电路的综合。因为焊接电路板的时候心不在焉，加上烙铁氧化的太厉害，实在是不配合，结果焊接的成果挺差，第一次实验的时候竟然什么

12、现象都没有。没办法，只能按照电路图检查焊接的电路，结果出乎我们意料的是，竟然有多达四五处地方都忘记了连接，这样的电路自然不能出来我们想要的结果。我们每检查出来一处错误都欣喜若狂，期待这下就可以出结果了，可是好像偏偏就是要惩罚我们的粗心，知道我们把整个电路都检查了一遍，彩灯的显示倒是跟最初的结果有所进步，至少亮了，却并不是我们所期望的那种形式。当时甚至都打算重焊了，因为听周围有同学就是有错误但是怎么也检查不出来，最后重焊了一次就好了的情况，所以我们也打算重焊了。就在最后的时刻，进行最后一次彻彻底底的大检查的时候，发现居然是多谐振荡器的两个电容接反了。那样的话彩灯循环频率变成了一百倍，人眼怎么可能

13、看得出在循环？最终我们的电路还是出来了想要的结果。这次实验对我最大的收获，除了对时序电路有了一个整体的把握之外，还是对自己学习态度的一种告诫。要做就全心全意的做，心有旁骛只会使所有的事情都做不好。幸好我们最终检查出来了自己的错误，否则我的三心二意要为这次实验付出多大代价？钱思妗：本次实验是对我们动脑动手功能的一次检验，我们的分工依然和上次一样，由于用到的芯片较多，在中发买材料的过程很是曲折，比如彩灯人家问要0.3还是0.5的，我们就不懂这个还有区别？然后随便买了个回来发现距离不够，又去重买。还有一些其他的器件同型号的也是有很多区分，但是我们都不是很懂。这样就很浪费时间。之后我们又利用几天的时间

14、来分析电路、布线，同时进行焊接。焊接结束后，进行调试的过程中还是出现了很多问题。大部分原因是焊接方面的，出现了一些漏焊，错焊，检查的过程是枯燥的，一点点重查，很是闹心，我们花了一整天的时间查出很多小错误，但是结果仍然不对，这让人很沮丧，甚至都想要不要重焊一块板子，最后我们用示波器再次检查发现在分频电路的输出有问题，两个大小不同的电容接反了 ！等到终于出正确的结果感觉心情很复杂。在这次实验中，不足的就是我们没有合理的来安排焊接的过程。其实最佳的方法是焊接一部分，调试一部分,结果出来之后再接着焊接下一部分。这样既可以避免一些不必要的错误，还可以方便调试和检测。像我们这次花在检查上的时间都可以重新焊块板子了，这给我们很深刻的教训，以后在焊接过程中一定要细心谨慎的对待！设计中对于元件的功能的熟悉也是很重要的，只有熟悉其功能才能很好的根据需要设计电路的功能，而在之后的测试中，对于电路的各点的状态也要十分的熟悉，以此来检查和排错。 在这次的实验中，我们组的每个人都付出了很多，也从本次实验中学到好多，从中吸取了教训，争取在下次的实验中取得更好的效果。 6. 元件清单：元件所需数目5551个74LS1931个74LS1481个74LS1381个74LS1942个74LS001个发光