课程设计 流水灯

课程设计1摘要课程主要设计目的是通过某一电路设计的综合，了解一般电路综合设计过程、设计要求、应该完成的工作内容和具体的设计方法。通过设计培养学生综合运用所学的知识与技能分析和解决问题的能力，并巩固和扩展学生的课堂知识。在设计完成后，将设计的电路进行焊接、调试以加强动手能力。在此过程中大力提高毕业生的技术水平，培养新一代既有理论、又有动手能力的实用性人才，以适应国家建设和发展的需要。课程设计主要以能力培养为主，在独立完成设计及制作任务的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，查阅图书资料、产品手册和各种工具书，写技术报告和编制技术资料，实际动手能力。流水灯控制可用多种方法实现，但对现代可编程控制器而言，利用移位寄存器实现最为便利。本流水灯采用555芯片来构成多谐振荡器，从而产生1HZ的时钟脉冲信号，采用多功能双向移位器74LS194来实现彩灯的左右移动，借助于两块芯片的级联，组成拥有8位输出的功能电路，可以有效的完成所有的任务。关键字：流水灯555多功能双向移位寄存器74LS194课程设计2第一章方案设计1.1设计目的及任务要求1.1.1设计目的了解并掌握数字电子技术课程所学的基础知识。通过对基础知识的掌握，学会用其进行基本的电路设计。熟悉常用集成数字芯片，并掌握其结构组成、工作原理及逻辑功能，进一步学会使用其进行电路的设计。了解并熟悉数字电子技术设计的基本思想、方法和原理。培养学生在遇到难题时，学会用科学的方法分析和解决问题。培养学生的综合设计能力、严谨认真的工作作风和实事求是的工作态度。1.1.2任务要求开关打开后，八个LED彩灯循环点亮。取合理材料、原件。对原件的功能参数熟练掌握。不断调试焊接电路，最终得到实验的正确结果。认真的完成实验报告，将实验的过程详细的记录。深刻体会本次实验的意义。课程设计31.2电路设计原理方框图第二章单元模块设计2.1振荡电路设计主要用来产生时间基准信号（脉冲信号），因为流水灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的震荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。电路图如图1所示。图1频率为1HZ的555多谐振荡器将两块74LS194芯片级联实现8位输出的控制电路彩灯显示电路课程设计42.2循环电路设计主要用来实现八个彩灯的循环点亮，本设计采用两个74LS194双向移位寄存器的级联来实现彩灯电路的循环控制。74LS194的逻辑符号及引脚排列芯片控制端和工作状态的关系表/CRM1M0CP工作状态0×××异步清零100×保持101↑右移110↑左移111×并行输入74LS194是4位双向移位寄存器，它具有并行输入、并行输出、左移和右移。74LS194的操作主要由两个工作方式控制端M1、M0来决定，当M1M0＝00时，为保持状态。当M1M0＝01时，进行右移操作。当M1M0＝10时，进行左移操作。当M1M0＝11时，进行置数操作。在后三种操作中，都是同步的，即必须有时钟信号，在时钟信号的上升沿到来时，进行左移、课程设计5右移操作和置数操作。此外，芯片为异步清零，只要当CR端为低电平有效时，即实现清零，而与脉冲无关。2.3整体电路图第三章电路参数设置和元件介绍3.1电路参数的设置电阻设置情况和器件的设置都跟原器件提供一致。课程设计63.2元件清单序号名称规格数量1NE5551274LS19423LED绿色84电阻1kΩ15电阻100kΩ16电容1μf17电容0.01μf1第四章主要芯片介绍4.1555定时器555特点1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。课程设计74.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。5.静态电流最大值VCC=5V,RL=∞=6mAVCC=15V,RL=∞=15mA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5KΩ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Vcc32和Vcc31。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Vcc32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；当输入信号自2脚输入并低于Vcc31时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。DR是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc。课程设计8Vco是控制电压端（5脚），平时输出Vcc32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0.01F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引脚图和功能配置说明如下：555引脚图——TR触发TH阈值—R复位DIS放电端OUT输出Vcc31Vcc32H导通LVcc31Vcc32H原状态Vcc31×H截止H××L导通L555功能配置课程设计94.274LS194移位寄存器移位寄存器的应用移位寄存器的应用范围很广，可构成移位寄存器型计数器；顺序脉冲发生器；串行累加器；可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等。引脚图和功能配置说明如下：输入输出功能/CRM1M0CPDSLDSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30×××××××××0000清零1××0××××××Q00Q10Q20Q30保持111↑××D0D1D2D3D0D1D2D3置数101↑×1××××1Q0nQ1nQ2n右移101↑×0××××0Q0nQ1nQ2n右移110↑1×××××Q1nQ2Q3n1左移110↑0×××××Q1nQ2nQ3n0左移100×××××××Q00Q10Q20Q30保持74LS194功能表课程设计10功能如下：清零：当CR＝0时，不管其他输入为何种状态，输出全为0状态。保持：CP＝0,CR＝1时，其他输入为任意状态，输出状态保持，或者CR＝1,M1、M0为0，输入为任意状态，输出状态也保持。置数：CR＝1,M1＝M0＝1,在CP脉冲上升沿时将数据输入端数据D0、D1、D2、D3置入Q0、Q1、Q2、Q3中并寄存。右移：CR＝1,M0＝1,M1＝0,在CP脉冲上升沿时，实现右移操作，此时，若DSR＝0,则0向Q0移位，若DSR＝1，则1向Q0移位。左移：CR＝1,M0＝0,M1＝1,在CP脉冲上升沿时，实现左移操作，此时，若DSL＝0,则0向Q3移位，若DSL＝1，则1向Q3移位。第五章实验调试及测试结果分析5.1调试使用的主要仪器：数字万用表直流稳压电源示波器5.2测试电路的方法和技巧:先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好。前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。课程设计115.3调试中出现的故障、原因及排除方法：（1）彩灯不循环：可能是移位计数器的S0端控制出现问题，S1应该检查循环控制逻辑电路。还可能是芯片74LS194移位寄存器没有正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。（2）彩灯无规律变化：原因可能是由555定时电路产生的时钟脉冲信号不稳定，或者是在555电路中没有标准的计算各电阻的阻值，电解电容，陶瓷电容的使用是否正确。（3）实验过程中灯一会亮一会不亮最后可能是导线的接触不良问题，应该首先从电源是否良好的接入电路开始检查，再检查555定时电路时候正常工作，最后检查芯片管脚电压。第六章心得体会通过本次课程设计，我发现很多自己的不足之处。如自己所掌握的知识还很有限。课上所学的知识，在设计中似乎显得并没有太大的用处，在实践中变数很多。这次课程设计着实考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料和组织材料的综合能力。以后，我会更加努力提高自已的能力。这次实验是我们对书中学到的各个部分原理的一次综合的运用，在书中我们学习那些原理有老师的讲解理解起来并不一定十分困难，但是当我们将那些知识综合运用到电路的设计中时，一些意想不到的困难就出现了。实践出真知，通过这次课程设计，让我学到了书中很多没有的东西，我想最主要的就是一种综合能力的提升。我认为这样的实习很有意义，它课程设计12注重实践，对于同学们综合能力和创新能力的提高起到了很大的作用，本次设计让我们既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的工作作风。参考文献[1]江晓安,数字电子技术(第三版)西安电子科技大出版社2008[2]江小安,模拟电子技术(第一版)西北大学出版社2006课程设计