基于模数电的流水灯

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书I目录摘要-----------------------------------------------------------------------I1实验内容及要求-------------------------------------------------------------12方案比较及认证-------------------------------------------------------------23系统框图，原理说明---------------------------------------------------------44硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明------------------------------------54.1脉冲信号产生电路----------------------------------------------------54.1.11Hz555定时器的工作原理及内部结构图--------------------------54.1.2脉冲信号发生器的设计原理图--------------------------------------54.2显示电路--------------------------------------------------------------------------------------------64.3移位控制电路---------------------------------------------------------74.3.174ls194管脚图及功能介绍---------------------------------------74.3.274ls194设计循环电路-------------------------------------------------------------84.4总体电路-------------------------------------------------------------------------------------------105组装及调试过--------------------------------------------------------------------------------------------116收获、体会和改进设计的建议和展望------------------------------------------12参考文献---------------------------------------------------------------13附录---------------------------------------------------------------------------------------------------------14武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书I摘要本实验主要是利用移位寄存器、发光二极管、555定时器等一些电路元件设计简单的流水灯电路。并利用书上所学的知识和所使用的元器件的型号，写出各元件的功能表。在此基础上画出原理图及接线图。通过组装、调试电路，自行排除故障，最终实现流水灯功能。课程设计主要目的，是通过某一电路的综合设计，了解一般电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往的学习内容，达到灵活应用的目的。在设计完成后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强我们的动手能力。在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计及制作任务同时注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面：·独立工作能力和创造力。·综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。·查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力。·写技术报告和编制技术资料的能力。·实际动手能力。关键字:移位寄存器555定时器发光二极管开关武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书11实验内容及要求：（1）8个彩灯能够自动循环点亮。（2）彩灯循环显示且频率快慢为1S。选作：设计具有控制彩灯左移，右移，全亮及全灭功能的电路。武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书22实验方案比较及认证：R147kR247kR3220R4220R5220R6220R7220R8220R9220R10220R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U274LS161D03D14D25D36SR2SL7CLK11S09S110MR1Q015Q114Q213Q312U374LS194D03D14D25D36SR2SL7CLK11S09S110MR1Q015Q114Q213Q312U474LS194U5NOTU6NOTU7NOTU8NOTD1LED-REDD2LED-REDD3LED-REDD4LED-REDD5LED-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-REDC110uC20.048u图1彩灯原理图(方案一)方案一:如图1所示，本方案主要利用74ls194的双向移位功能和置数功能,彩灯采用共阳极接法，触发信号采用555定时器3脚产生的1HZ的矩形波信号，通过开关控制其全亮全灭以及左移和右移来满足设计要求。武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书3图2彩灯原理电路（方案二）方案二：如图2所示，触发信号和方案一种相同都是用555定时器来设计。在灯的旁边加上的8个开关，8个开关同时合上可以使其全亮。当8个开关都断开且与E1相连的开关闭合则译码器的输出全为高电平，8个灯全部熄灭。本方案主要利用74ls192的可加减计数功能和74ls138的译码输出特点来完成左移和右移功能。当74ls192进行加计数时，彩灯进行右移，计数器记到8时，通过反馈清零法，使计数器的状态恢复到0000状态，这样就完成了彩灯的右移循环功能了。当74ls192进行减计数时，彩灯进行左移，计数器记到9时，通过反馈置数法，使计数器的状态恢复到0111状态，这样就完成了彩灯的左移循环功能了。方案一和方案二相比，显然方案一的电路比较简单，所用元器件和导线更少，不需要额外加门电路，所以选用第一种方案来设计。武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书43系统框图，原理说明如图3所示，彩灯循环一般都由振荡器、移位寄存器、显示电路等几部分组成。其中，振荡器构成组成1Hz信号发生器，由移位寄存器控制彩灯的左移和右移循环系统及全亮控制电路。1Hz信号送入移位寄存器，并且将此时移位寄存器的并行输出状态通过发光二极管显示出来，这就是显示电路。移位寄存器本身含有清零和置数功能，可通过反馈来实现左循环和右循环功能，这就构成了复位/置数电路。图3彩灯组成框图脉冲源控制电路显示电路复位/置数电路武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书54、硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明4.1脉冲信号产生电路4.1.1555定时器的工作原理555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，输出驱动电流约为200mA，因其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。如图（1）所示。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。4.1.21Hz脉冲信号发生器的设计原理图如图4所示，其中R1、R2为100K的电阻C1为4.7mF、C2为0.01mF的电容，Vcc为+5V电源,GND接地。接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，使V0为低电平，同时放点三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，V0下降。当Vc下降到1/3Vcc时，V0翻转为高电平。电容器放电所需时间为tpL=R2Cln2；当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2/3Vcc所需时间为tpH=（R1+R2）Cln2；当Vc上升到2/3Vcc时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就可以得到一个周期性的矩形波。武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书6图4脉冲信号产生电路图4.2显示电路如图5所示，四个发光二极管的阳极同时接高电平，阴极通过0.1千欧的电阻分别与移位寄存器的Q0、Q1、Q2、Q3相连，，当移位寄存器对应的输出端输出为高电平时，则与之对应的二极管熄灭，反之则点亮。通过控制移位寄存器的输出高低电平就可控制发光二极管的点亮与熄灭。图5彩灯显示电路武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书74.3移位控制电路4.3.174ls194管脚图及功能介绍如图6所示为74ls194管脚图。图674ls194管脚图.如表1所示，74LS194是集成移位寄存器是四位可逆可并行预置的移位寄存器。由功能表可知,74LS194具有异步清零功能,端输入低电平信号,四个输出端都立即变为0。在无效时,两工作方式输入端S1S0电平决定74LS194工作方式。S1S0=11,并行预置数,在时钟上跳时刻,并行输入数据D3D2D1D0预置到并行输出端；M1M0=10,左移寄存,左移输入端SL输入数据寄存到Q0,各位数据向高位移动；S1S0=01,右移寄存,右移输入端SR输入数据寄存到Q3,各位数据向低位移动；S1S0=00,寄存器处于保持工作方式,寄存器状态不变。.武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书8表174ls194功能表4.3.274ls194设计循环电路如图7所示，Clk脚接1Hz的脉冲信号。MR接高电平。D0接低电平，D1、D2、D3接高电平。接通电源，开始s1，s2均断开，74ls194置数使得Q0输出低电平，Q1、Q2、Q3均输出高电平，第一个灯发光，其余熄灭。若上面开关闭合，下面开关打开，即s1输入低电平，s0输入高电平，此时移位寄存器将进行右移，同时输出端Q3接到右移输入端SR，这样循环使得从左到右每隔一秒换一个灯亮。若上面开关断开，下面开关闭合，即s1输入高电平，s0输入低电平，此时移位寄存器将进行左移，同时输出端Q1接到右移输入端SL，这样循环使得灯从右到左每隔一秒换一个灯亮。功能输入输出CRS1S0CPDSLDSRD0D1D2D3Q0n+1Q1n+1Q2n+1Q3n+1清除0×××××××××0000保持1×××××××××保持100↑××××××送数111↑××D0D1D2D3D0D1D2D3右移101↑×1××××1Q0nQ1nQ2n101↑×0××××0Q0nQ1nQ2n左移110↑1×××××Q1nQ2nQ3n1110↑0×××××Q1nQ2nQ3n0武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书9图774ls194构成4位循环彩灯如图8所示，接通电源后，当s2闭合，移位寄存器进行清零，所有输出为低电平，此时8个发光二极管全亮。当s2断开，s3、s4断开时，移位寄存器具有置数功能，此时左边芯片的Q0输出低电平，其余输出高电平，所以只有第一个灯被点亮。在上述置数的基础上，若将s3闭合，s4断开则进行右移位，其工作原理与4位循环彩灯类似，可以进行8位流水灯的右移循环。同理，若将s3断开，s