流水灯实验报告

华北科技学院课程设计第1页共17页目录1．设计说明和要求及目的.................................................21.1简要说明................................................................................................21.2任务和要求.............................................................................................21.3目的.........................................................................................................22.系统方案.............................................................................32.1原理框图.................................................................................................33.电路设计计算与分析......................................................43.1555定时器的设计..................................................................................43.2计数器的设计.........................................................................................63.3三进制循环计数器的设计.....................................................................93.4数据选择器的设计...............................................................................103.5开关清零的设计...................................................................................123.6数码显示的设计...................................................................................133.7总体电路的设计...................................................................................134.电路计计算与分析..........................................................155.总结及心得......................................................................166．附录................................................................................167．参考文献.......................................................................17华北科技学院课程设计第2页共17页1．设计说明和要求及目的1.1简要说明利用控制电路可使彩灯按一定规律不断改变状态，不仅可获得良好的观赏效果，而且可以省电。1.2任务和要求（1）以LED数码管作为控制器的显示器件，他能自动地依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列）和0、2、4、6、8（偶数列），然后又依次显示出自然数列、奇数列和偶数列，如此周而复始，不断循环。（2）打开电源时控制器可自动清零，从电源接通时刻起，数码管最先显示自然数列，然后按规律循环。（3）每个数字的一次显示时间基本相等，这个时间在0.5S到2S范围内连续可调。（4）写设计说明书，画原理图。1.3目的巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力，锻炼动手能力和逻辑思维能力。通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高分析能力和进行数字电子电路实验的基本技能。华北科技学院课程设计第3页共17页2.系统方案2.1原理框图方案一分为六部分：第一部分用555产生0.5s到2s的连续可调脉冲，第二部分用74ls160进行十进制、两个五进制脉冲计数器，第三部分对160的进位脉冲进行计数并实现三进制循环，第四部分2-4选择器进行选择，第五部分开关清零电路，第六部分数码管显示。图1系统流程图方案二分为六部分：第一部分由用555产生0.5s到2s的连续可调脉冲第二部分由160构成十进制计数器，第三部分将进位信号存入到移位寄存器中，由移位寄存器寄存一个“1”进行三次移位，第四部分由74ls42对十进制数进行译码,第五部分控制电路由移位寄存器的QA、QB、QC与译码器构组成逻辑门电路的控制信号，第六部分数码显示部分。555构成的信号发生器计数器（进行十、五、五进计数）三进制循环计数器数据选择器开关清零数码管华北科技学院课程设计第4页共17页图2系统流程图分析：设计一基于可自动产生输出控制序列，电路完全由自身控制，各电路间模块化，且电路结构简单，原理较设计一复杂，采用开关清零电路，用三个计数器进行计数各电路不会相互干扰，连线较少。设计二与设计一相比，其优点在于：设计思想比较简单，元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。缺点则是：中间单元电路连线过于繁多，容易出错。且可能出现线与线关系。要避免这些，则势必造成门电路使用过多。导致电路不稳定，抗干扰能力下降。所以，综合来说采用设计一的方案。3.电路设计计算与分析3.1555定时器的设计555产生0.5s到2s的连续可调脉冲，用它组成的多谐振荡器。原理图如下LS时钟信号发生器计数器移位寄存器显示电路译码器控制电路华北科技学院课程设计第5页共17页A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIVCC5VXSC1ABGTR230kOhm_5%C110uFC2470nFR1Key=A50%图3555组成的多谐振荡电路参数计算频率公式1(12)ln2fRRC占空比公式12122RRqRR根据输出频率的周期的大小在0.5～2.0s之间可以连续地变化。那么555多谐振荡电路所产生的频率大小应该在1～4HZ之间变化，占空比为50%。才可以使输出的数屏显示间隔满足条件。因而我可以求得在电容C=10uf的情况下，可以根据频率范围求得R1=10KΩ，R2可以在13K～65KΩ的范围内改变，这样就可以改变输出方波的频率了。华北科技学院课程设计第6页共17页图4555输出波形3.2计数器的设计用74ls160完成十进制，两个五进制，计数器。工作原理160为十进制计数器，直接清零。下表是74LS160的主要电器特性异步清零端/MR1为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。在不外加门电路路的情况下，可级联联成N位同步计数器。对于54/74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。华北科技学院课程设计第7页共17页（1）自然序列的显示U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VV125Hz5VU2DCD_HEX4321图5自然数列的现示（2）奇数列显示方案一数码管的最低位A接高电平，将QA、QB、QC依次接到数码管的B、C、D端，再将74LS160计数器接为五进制计数器，显示即奇数序列。华北科技学院课程设计第8页共17页U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VV125Hz5VU2DCD_HEX4321U3A7400N图6奇数显示方案二将显示译码管的低位端A接高电平，74LS160的输出端QA悬空，QB、QC、QD分别接入B、C、D，利用74LS160自身的十进制计数，就可实现奇数序列。U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VV125Hz5VU2DCD_HEX4321图7奇数显示(1)分析第二种方案的显示时间是第一种方案的两倍，在进行自然数显示到奇数华北科技学院课程设计第9页共17页列显示的时间周期就不相等了。所以选择方案一。（3）偶数显示数码管的最低位A接地，将QA、QB、QC依次接到数码管的B、C、D端，再将74LS160计数器接为五进制计数器，显示即偶数序列。图8偶数显示3.3三进制循环计数器的设计74ls393对160进位信号进行计数，由“0000”“0001”“0010”循环计数，给74hc139控制信号华北科技学院课程设计第10页共17页图9三进制循环计数74hc393功能说明：3.4数据选择器的设计74hc139功能2线—4线译码器,M74HC139/74HC139用于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提华北科技学院课程设计第11页共17页高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。HC139含有两个单独的2线—4线译码器,当赋能输入端G为高电平时,按二进制控制输入码从4个输出端中译出一个低电平输出。在解调器应用中,低电平有效的赋能输入端用作数据线。真值表INPUTS输入OUTPUTS输出SELECTEDOUTPUT选定的输出ENABLE启用SELECT选择Y0Y1Y2Y3GBAHXXHHHHNONELLLLHHHY0LLHHLHHY1LHLHHLHY2LHHHHHLY3输入信号来自74hc390当QA,QB为“0”，“0”时，这时译码器的输出端就只有Y0为0，接一个反相器然后再接产生自然序列的计数器的清零端;这样就可以实现只有自然序列输出的功能，同理当QA,QB为“0”,“1”时，这是译码器的输出端就只有Y1为0，接一个反相器然后再接产生奇数序列的计数器的清零端，这样就可以实现只有奇数序列输出的功能;当QA,QB为“1”,“0”时，这是译码器的输出端就只有Y2为0，接一个反相器然后再接产生偶数序列的计数器的清零端，