課程設(shè)計--多功能流水燈

1、<p><b>　　數(shù)字電子課程設(shè)計</b></p><p><b>　　——多功能流水燈</b></p><p>　　學(xué)院：電子信息工程系 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計任務(wù)與要求2</p>&

2、lt;p><b>　　二、總體框圖2</b></p><p><b>　　三、選擇器件：3</b></p><p><b>　　四、功能模塊12</b></p><p>　　五、總體設(shè)計電路圖：15</p><p>　　六．課程設(shè)計心得體會16</p>

3、;<p>　　七、出現(xiàn)的問題16</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　多功能流水燈</b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　要求彩燈有單向流水效果。</p>

4、<p>　　彩燈的流向可以改變?？梢哉蛄魉部梢阅嫦蛄魉?。燈流動的方向可以手控，也可以自控，自控往返變換時間為5秒鐘。</p><p>　　彩燈可以間歇流動，10秒鐘間歇一次，間歇時間為一秒。</p><p>　　4. 彩燈的流速以人眼看清為準(zhǔn)。</p><p><b>　　二、總體框圖</b></p><p

5、><b>　?。ㄒ唬┰O(shè)計思路：</b></p><p>　　彩燈流水控制電路，其主要部分是實現(xiàn)定時功能，即在預(yù)定的時間到來時，產(chǎn)生一個控制信號來控制彩燈的流向,間歇等,可利用中規(guī)模集成器件可逆計數(shù)器和譯碼器來實現(xiàn)正,逆流水功能,利用組合電路實現(xiàn)自控,手控方向控制等.</p><p>　　利用555定時器組成一個多諧振蕩器，發(fā)出連續(xù)脈沖，作為計數(shù)器的時鐘脈沖源。彩

6、燈流向可以改變，應(yīng)該選用加減計數(shù)器，但考慮到加減計數(shù)器無法實現(xiàn)時間間歇，所以不考慮。計數(shù)器的輸出接寄存器以實現(xiàn)流水的效果。如圖（1－1）所示：</p><p>　　圖（1－1）：多功能流水燈總體框圖</p><p>　　用74LS161N芯片16進(jìn)制同步計數(shù)器及非門、四輸入與門實現(xiàn)8個彩燈間歇1秒的功能，用74LS194N雙向移位寄存器。來實現(xiàn)正向逆向流水的功效。</p>&

7、lt;p><b>　　三、選擇器件</b></p><p><b>　　(一)555定時器</b></p><p>　?。?）555內(nèi)部簡介：國產(chǎn)雙極型定時器CB555電路結(jié)構(gòu)圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。</p><p>　　VH是比較器C1的輸入端V12是比較器

8、C2的輸入端。C1和C2的參考電壓VR1和VR2由VCC經(jīng)三個五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端VCO懸空時，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定電壓，則VR1=VCO,VR2=1/2VCO.</p><p>　　RD是置零輸入端。只要在RD端加上低電平，輸出端v0便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時必須使RD處于高電平。圖(1－2)中的數(shù)碼1—8為器件引腳的編號。

9、</p><p>　　圖 （1－2） 555定時器邏輯符號</p><p>　　555定時器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。</p><p>　　圖 （1－3） 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　(2) 基本功能</b></p><

10、;p>　　當(dāng)時，，輸出電壓為低電平，VT飽和導(dǎo)通。</p><p>　　當(dāng)時，時，時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，，Q＝0，，飽和導(dǎo)通。</p><p>　　當(dāng)、、時，C1、C2輸出均為高電平，基本RS觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，因此、VT也保持原來狀態(tài)不變。</p><p>　　當(dāng)、、時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，，Q＝1，，VT截止。</p&g

11、t;<p>　　表（1）555定時器邏輯功能表</p><p>　?。ǘ?4LS04D：</p><p>　　當(dāng)輸入為高電平時輸出等于低電平，而輸入為低電平時輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實際上就是一個非門。（亦稱反向器）。</p><p>　　在一些實用的反向器電路中，為了保證在輸入低電平時三極管可靠地截止，常將電路接成圖2

12、-1的形式。由于接入了電阻R2和負(fù)電源VEE,即使輸入的低電平信號稍大于零，也能使三極管的基極為負(fù)電位，從而使三極管能可靠地截止，輸出為高電平。</p><p>　　當(dāng)輸入信號為高電平時，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。</p><p>　　74LS04為六反相器，輸入是A，輸出是Y，6個相

13、互獨(dú)立倒相。供電電壓5V，電壓范圍在4.75~5.25V內(nèi)可以正常工作。門數(shù)6，每門輸入輸出均為TTL電平（<0.8V低電平  >2v高電平）,低電平輸出電流-0.4mA,高電平輸出電流8mA。其邏輯符號、邏輯功能表、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳圖分別如下：</p><p>　　圖1-11：74LS04的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 表（4）：74LS04功能表</p><

14、p>　　圖1-12：74LS04的邏輯符號 圖1-13：74LS04的管腳圖</p><p>　?。ㄈ?74LS20</p><p>　　為雙四輸入與非門，其邏輯符號，邏輯功能表，管腳圖，內(nèi)部原理圖如下圖：74LS20是常用的雙4輸入與非門集成電路，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)中，他的cmos版本是74hc20,下面我給大家介紹一下這個芯片的相關(guān)資料，下面

15、是管腳圖：</p><p>　　<74HC20,74ls20引腳圖></p><p>　　這個74LS20芯片的功能很簡單，就是包含兩個4輸入與非門，內(nèi)含兩組4與非門 第一組：1,2,4,5輸入6輸出。 第2組：9,10,12,13輸入8輸出。</p><p>　　74LS20功能表A B C D Y1 1 1 1 00 X X X 1X 0 X

16、 X 1X X 0 X 1X X X 0 1<74LS20真值表></p><p>　　74HC20,74LS20測試:只要通過對輸入1111,0111,1011,1101,1110五項進(jìn)行檢測就可判斷其邏輯功能是否正常.</p><p>　?。ㄋ模?4LS161N：</p><p>　　構(gòu)成16以內(nèi)的任意進(jìn)制加法計數(shù)器： 用S0，S1，S2…，S

17、M…SN表示輸入0，1，2，…，N個計數(shù)脈沖CP時計數(shù)器的狀態(tài)。SM可以為S0，但需小于SN。</p><p>　　對于異步置數(shù)：在輸入第N個計數(shù)脈沖CP后，通過控制電路，利用狀態(tài)SN產(chǎn)生一個有效置數(shù)信號，送給異步置數(shù)端，使計數(shù)器立刻返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)SM，即實現(xiàn)了SM～SN-1計數(shù)。 </p><p>　　對于同步置數(shù)：在輸入第N－1個計數(shù)脈沖CP時，利用狀態(tài)SN-1產(chǎn)生一個有效置數(shù)

18、信號，送給同步置數(shù)控制端，等到輸入第N個計數(shù)脈沖CP時，計數(shù)器返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)SM，從而實現(xiàn)SM～SN-1計數(shù)。</p><p>　　在TTL電路中，比較典型的 D觸發(fā)器電路有74LS74。74LS74是一個邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器電路。邏輯符號如右圖：</p><p><b>　?。ㄎ澹觸發(fā)器</b>&l

19、t;/p><p>　　在TTL電路中，比較典型的 D觸發(fā)器電路有74LS74。74LS74是一個邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器電路。</p><p>　　74LS74邏輯圖與引腳排列圖如下圖：</p><p><b>　　邏輯符號</b></p><p><b>　　真

20、值表：</b></p><p>　?。?、74LS194N：</p><p>　　74LS194是四位通用移存器，具有左移、右移、并行置數(shù)、保持、清除等多種功能，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與邏輯符號分別如圖 7-19(a)、(b)所示，功能表如表7-16 所示。74LS194各引出端功能如下：</p><p>　　D0~D3: 并行數(shù)碼輸入端。</p>

21、<p>　　Cr: 異步清 0 端，低電平有效。</p><p>　　SR、SL：右移、左移串行數(shù)碼輸入端。</p><p>　　S1、 S0： 工作方式控制端。 </p><p>　　從其功能表和圖7-19(c)時序圖可以看出，只要Cr=0，移存器無條件清 0。只有當(dāng)Cr=1，CP上升沿到達(dá)時，電路才可能按S1S0設(shè)置的方式執(zhí)行移位或置數(shù)操作：S1

22、S0=11為并行置數(shù)，S1S0=01為右移，S1S0=10為左移，時鐘無效或雖然時鐘有效，但S1S0=00 則電路保持原態(tài)。 </p><p><b>　　四、功能模塊</b></p><p>　　(一)555多諧振蕩電路：</p><p>　　利用555定時器組成的振蕩器去觸發(fā)計數(shù)器進(jìn)行加減計數(shù)實現(xiàn)彩燈的往返流動，同時同時為分頻電路提供時基信

23、號。</p><p>　　555多諧振蕩器時基電路圖</p><p>　　把定時器555接成施密特觸發(fā)器后，很容易組成振蕩器。通過電阻R1和R2向電容C1充放電，循環(huán)產(chǎn)生振蕩。</p><p>　　為了實現(xiàn)人眼分辨的燈光流水效果,必須使時鐘脈沖的周期大于人眼視覺暫留時間，即取T大于等于0.01s。取T=0.277s,R=4.7 KΩ，C=4.7 uF。則由式t1=0

24、.7(R1′+2R2)C，得：R2≈47.8 KΩ</p><p>　　其產(chǎn)生的周期信號可用示波器顯示如圖：</p><p>　　圖（2－2）：多諧振蕩器仿真波形 </p><p>　　從圖中測得輸出信號周期為0.277s，頻率為3.6HZ，可為計數(shù)器提

25、供脈沖。</p><p>　　(二)間歇計數(shù)電路：</p><p>　　采用74LS161D同步加法計數(shù)器，利用555振蕩電路脈沖信號實現(xiàn)彩燈流水基本功能，再采用74LS20與非門電路每16個狀態(tài)輸出一個高電平。</p><p><b>　　模塊電路圖如下：</b></p><p>　　四個輸出通過非門和AND4將輸出信

26、號給移位寄存器SL端，</p><p><b>　　工作電路：</b></p><p>　　由計數(shù)器給出的信號啟動雙向移位寄存器，使得燈泡亮起。</p><p>　　由仿真結(jié)果可知，兩個移位寄存器可以正常工作。</p><p><b>　　顯示模塊</b></p><p>　

27、　由八個燈泡的變換顯示移位寄存器的輸出結(jié)果的變換情況。</p><p>　　五、總體設(shè)計電路圖：</p><p><b>　　注：見大圖</b></p><p>　　圖（2－8）多功能流水燈總電路圖</p><p>　　用555定時器提供振蕩脈沖，計數(shù)器74LS161通過計數(shù)，由74LS194雙向移位寄存器，實現(xiàn)彩燈流水

28、效果。本次試驗實現(xiàn)了彩燈的流水，彩燈流水正逆向自動變換，彩燈的間歇流動，10秒鐘間歇一次，間歇時間為一秒，但沒有實現(xiàn)手控效果。</p><p>　　六．課程設(shè)計心得體會 </p><p>　　軟件仿真因為知識不夠，實踐經(jīng)驗不足，未能實現(xiàn)手動控制流向。同時，用555計時器設(shè)計比較繁瑣，可用函數(shù)發(fā)生器代替。</p><p>　　說實話，課程設(shè)計這幾天學(xué)到的東西還真不少

29、。以前不清楚的現(xiàn)在都暴露出來了。以前認(rèn)為學(xué)了沒用的課程現(xiàn)在也用到了。</p><p>　　課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，電子技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握電子的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。</p><p

30、>　　回顧起此次電子技術(shù)課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整五天的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在

31、設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，比如有時候被一些小的，細(xì)的問題擋住前進(jìn)的步伐，讓我總是為了解決一個小問題而花費(fèi)很長的時間。最后還要查閱其他的書籍才能找出解決的辦法。并且我在做設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)有很多東西，也知道拉自己的不足之處，知道自己對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固. 今后，我將更加抓緊每一次實踐機(jī)會，鞏固自己的知識。</p><p>

32、;<b>　　七、出現(xiàn)的問題</b></p><p>　　1.實驗電路中移位寄存器什么時候補(bǔ)1、什么時候補(bǔ)0？</p><p>　　2.計數(shù)器為什么要選擇十六進(jìn)制的，可以換成其他進(jìn)制的嗎？</p><p>　　3.若將函數(shù)信號發(fā)生器改為555多諧振蕩器，其震蕩周期怎么調(diào)節(jié)？怎樣判別三種振蕩器？</p><p><b