电子课程设计——双色顺序闪光灯

1电子课程设计——双色顺序闪光灯学院：专业、班级：姓名：学号：指导老师：年月2目录一、设计任务要求1．双色顺序闪光灯的设计与要求..............................3二、总体框图1．双色顺序闪光灯的总体框图................................32．双色顺序闪光灯的设计原理................................3三、选择器件1．555计时器...............................................42．74LS160同步十进制计数器.................................63．74LS1383—8译码器......................................74．三极管.................................................105．发光二极管..............................................116．74LS04非门.............................................11四、功能模块1.定时器555组成的多谐振荡触发器..........................122.同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160.................133.4—16译码器.............................................134.三极管和发光二级管组成的电路.............................14五、总体设计电路图1．总体设计电路图..........................................162．课程设计心得体会........................................173．参考文献................................................183双色顺序闪光灯一、设计任务与要求设计一双顺序闪光灯，在脉冲信号得作用下，双色发光二极管的红色管点亮形成得红色流水灯序。然后双色发光二极管中的绿色管一次点亮。形成绿色光序，在时钟脉冲的不断作用下，两色发光带不断流动。要求发光二极管得流动速率得流动速度可调。二、总体框图双色顺序闪光灯总体框图图1如图1所示，需要三大模块：1.555定时器：产生时钟脉冲信号。2．10进制加法计数器功能：由四位十进制数构成，从0开始计数直到9计数结束。3．4段—16段译码器功能：四个输入信号，分别是二进制数，输出是十六个信号。设计原理：555定时器单稳态触发器74LS160十进制加法计数器4--16译码器输出（双色发光二极管）4该装置的发光器件采用了双色发光二极管，形成红、绿光依次交替流水发光。它的电路工作原理如图1所示。它是由555计时器构成的多谐振荡器电路、74LS160同步十进制计数器电路、74LS1383—8译码器构成的译码器电路、双色发光二极管构成的发光部分组成。输入部分是一个由555时基电路构成一个自激振荡器，不断输出方波脉冲供给74LS160。74LS160对输入的方波脉冲进行编码，再通过译码器依次变为高电平。当Y0—Y4依次变为高电平时，三极管Q0—Q4依次导通，使得双色发光二极管红色灯依次点亮，形成红色流水灯序。当Y5—Y9依次变为高电平时，三极管Q5—Q9依次导通，双色发光二极管绿色灯依次点亮，形成绿色光序。在时钟脉冲的不断作用下，两色光带不断交替流动，颇为美观。三、选择器件双色顺序闪光灯中所用到的器件1、555定时器2、74LS160同步十进制计数器3、74LS1383—8译码器4、三极管5、双色发光二极管6、74LS04非门功能介绍1.555定时器它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。555定时器是一种多功能集成电路，只要在外部接上几个电阻和电容，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。555定时器功能表5表1其内部结构图如下图2其管脚图如下：图3由图2可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VC。①当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平基RS输入输出阈值输入(vI1)触发输入(vI2)复位()输出()放电管T××00导通11截止10导通1不变不变6触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。②当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。③当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。2．集成十进制计数器74LS160简介其逻辑符号如下：其管脚图如下：图4其功能表如下：74LS160逻辑功能表CPDRLDEPET工作状态×0×××置零脉冲10××预置数×1101保持×11×0保持（RCO=0）脉冲1111计数表2其内部原理图如下：7图5由逻辑图与功能表知，在CT74LS160中LD为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，RD为异步置零端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。当RD=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当RD=1、LD=0时，电路工作在预置数状态。这时门G16-G19的输出始终是1，所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。当RD=LD=1而EP=0、ET=1时，由于这时门G16-G19的输出均为0，亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态，所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变。同时C的状态也得到保持。如果ET=0、则EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出C等于0。当RD=LD=EP=ET=1时，电路工作在计数状态。从电路的0000状态开始连续输入16个计数脉冲时，电路将从1111的状态返回0000的状态，C端从高电平跳变至低电平。利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。8逻辑功能：当CLR，LOAD，EP，ET均接高电平时，时钟CP端每来一个上升沿，计数器在原来的基数上加1，并从QA，QB，QC，QD，输出相应的十进制BCD码。利用74LS160的这个功能特点可以设计出十分频器，计数器。3．3—8译码器74LS138简介74LS138为3线－8线译码器，，其74LS138工作原理如下：一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出74LS138的作用:利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。图6用与非门组成的3线-8线译码器74LS138如图7所示：974LS138译码器内部电路图73线-8线译码器74LS138的功能表表3输入端输入端输出1GBAGG22CBA7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0Y×1×××111111110××××111111111000011111110100011111110110010111110111001111110111101001110111110101110111111011010111111101011001111111从逻辑图还是功能表我们可以看到74LS138的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出管脚全为高电平1。如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。当附加控制门的输出为高电平（S＝1）时，可由逻辑图写出由上式可以看出，在同一个时间又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。71LS138有三个附加的控制端，输出为高电平（S＝1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3.3.5所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。4.三极管：其电路符号如图所示主要作用是对基极输入信号的放大作用，是二极管发光。115.双色发光二极管：发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子－空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。这次用的是LTL—293SIW红绿发光二极管。双色发光二极管内部其实是两个管芯；一般是三个引出线，有共阴和共阳两种封装。图8三端变色发光二极管的外形图和电路图形符号6.非门74LS0474LS04管脚图图91274LS04的逻辑功能：晶体管“非”门电路不同于放大电路，管子的工作状态或从截止转为饱和，或从饱和转为截止。“非”门电路只有一个输入端A.当A为“1”（设其电位为3V）时，晶体管饱和，其集电极，即输出端Y为“0”（其电位在零伏附近）；当A为“0”时，晶体管截止，输出端Y为“1”（其电位近似等于）。所以“非”门电路也称为反相器。加负电源是为了使晶体管可靠截止。74LS04的逻辑符号图10输入1A为高电平时，输出1Y为低电平。输入1A为低电平时，输出1Y为高电平。四、功能模块：单脉冲波形图13图111.定时器555组成的单稳态触发器555时基电路构成一个自激振荡器，由RP1、R1、R2和VD1、C1构成的充放电回路，不断输出方波脉冲供给74LS16014图122.同步可预置数4位十进制加法计数器74LS16074LS160对输入的方波脉冲进行编码图133.74LS138组成的4—16译码器15用两片74LS138接成的4线－16线译码器第（1）片74LS138工作，第（2）片74LS138禁止，将0000～0111这8个代码译成8个低电平信号。第（2）片74LS138工作，第（1）片74LS138禁止，将1000～1111这8个代码译成8个低电平信号。这样就用两个3线－8线译码器扩展成一个4线－16线的译码器。图144.三极管和发光二极管组成的发光电路当Y0—Y4依次变为高电平时，三极管Q0—Q4依次导通，使得发光二极管LED1—LED5点亮，形成红色流水灯序。当Y5—Y9依次变为高电平时，三极管Q5—Q9依次导通，发光二极管LED6—LED10依次点亮，形成绿色光序。16图15五、总体设计电路图17图1618分析电路图：由555定时器部分输入的脉冲信号得作用下，不断输出方波脉冲供给74LS160。74LS160对输入的方波脉冲进行编码，在通过译码器依次变为低电平，再经过74LS04变为高电平，使双色发光二极管的红色管点亮形成得红色流水灯序，然后双色发光二极管中的绿色管一次点亮，形成绿色光序，在脉冲得不断作用下，两色管带不断流动。调节滑动变阻器可以改变脉冲频率，从而改变发光二极管之间的发光时间间隔。通过软件与硬件的双重验证，可知此次设计思路与电路的连接都是正确的，很好的实现了设计任务要求。3.课程设计心得体会：通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，感觉理论上行得通，但实际在进行仿真的时候，总是实现不了，不是这个环节出问题就是对某些器件不是了解，查了很多资料和进行仿真才得以解决。而且这次课程设计，也是对课本知识的一个巩固加深的过程，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和