八路循环彩灯的设计方案

辽宁师范大学课程设计目录摘要…………………………………………………………………2第一章系统组成及工作原理…………………………………………31.1总体设计思路…………………………………………………31.2基本原理……………………………………………………….31.3电路框图……………………………………………………….3第二章循环发光器的系统组成………………………………………42.1555定时电路产生时钟脉冲………………………………….52.2移位寄存器……………………………………………………62.3方案二74LS138及192的功能………………………………7第三章循环电路的总体设计…………………………………………83.174LS194组成的电路……………………………………….93.274LS138及74LS192组成的电路……………………………11第四章实验结果的调试及检测…………………………………….134.1调试使用的主要仪器………………………………………….154.2调试技巧的方法………………………………………………154.3调试中出现的故障、原因及排除方法……………………15第五章总结………………………………………………………17第六章附录………………………………………………………18附录一……………………………………………………………18附录二……………………………………………………………18附录三……………………………………………………………19辽宁师范大学课程设计摘要本次循环控制彩灯电路的制作主要采用74LS194芯片接成扭环形结构的移位寄存器来实现，通过555定时电路组成多谢振荡电路。整个电路主要由移位寄存器、控制电路、脉冲发生器构成8个彩灯的循环控制，并且可以组成多种花型。本次主要为全亮全灭，及左右移动的功能。关键词：控制、循环、555定时电路辽宁师范大学课程设计彩灯循环控制电路的设计与制作第一章系统组成及工作原理1.1总体设计思路根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯左右移，及全灭全亮功能输出电路。时钟脉冲产生电路由555定时电路组成多谐振荡触发器产生连续始终脉冲，循环控制电路采用74LS194实现。方案二中，主要是采用二进制译码器74LS138及中规模集成电路74LS192实现彩灯的循环控制。1.2基本原理本次实验主要是通过两片双向移位寄存器74LS194来实现彩灯电路的循环控制，通过555定时电路来产生连续时钟脉冲进行信号的输入，由外围开关控制信号的移动方向，实现左移，右移，及全灭全亮功能。1.3框图图1-1设计框图555定时电路彩灯演示电路电源接入移位寄存器电路辽宁师范大学课程设计第二章循环发光器的系统组成2.1555定时电路产生时钟脉冲555集成时基电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。在延时操作中，脉冲由一个电阻和一个电容控制。用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。NE555会在下降延触发和清零，此时输出端产生200mA的电流。NE555的工作温度为0℃～70℃。如图2-1,2-2分别是引脚图和管脚图。图2-1555引脚图图2-2555管脚图各管脚说明：1接地2触发3输出4复位5控制电压6门限(阈值）7放电8电源电压Vcc。其功能主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩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定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。图2-3为多谐振荡电路波形图。图2-4为多谐振荡器实验连接图。辽宁师范大学课程设计图2-3555多谐振荡波形图图2-4多谢振荡器实验连线图用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:T=0.7(R1+2R2)2.2移位寄存器74LS194移位寄存器除了具有存储功能以外，还具有移动的功能。所谓移位功能，是指寄存器里存储的代码能在移位脉冲的作用下，依次位，右移位。74LS194是4位双向移位寄存器，它具有并行输入，并行输出，左右移动的功能。U11DIS7OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCC555_VIRTUALR11kohmR251kohmC10.01uFC210uF5VVCC辽宁师范大学课程设计74LS194的操作主要由两个工作方式控制端S1,S0来决定。当S1S0=00时，为保持状态。当S1S0=01时，进行右移位操作。当S1S0=10时，进行左移位操作。当S1S0=11时，进行送数操作。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，进行左右移动和送数操作。图2-5为4位双向寄存器管脚图，2-6为74LS194的功能表图2-5移位寄存器74LS194管脚图图2-6移位寄存器74LS194功能表辽宁师范大学课程设计其中DIR(2脚)为数据右移位串行输入端（先输入高位，再输入低位DIL为数据左移位串行输入端D0,D1,D2,D3为数据并行输入端Q0,Q1,Q2,Q3为数据并行输出端S1,S0为控制端RD为复位端（异步清零）。它的具体功能如下：1）清零：当RD=0时，不管其它输入为何种状态，输入为全零2）保持：当CP=0，RD=1时，其它输入为任意状态，输入状态保持。或者RD=1,S1,S0均为0，其它输入为任意状态，输出状态也将保持3）置数：RD=1,S1=S0=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。4）右移：RD=1，S1=0,S0=1,在CP脉冲上升沿时，实现右移操作，此时，若DIR=0，则0向Q0移位，若DIL=1，则向Q0移位。5）左移：RD=1，S1=1,S0=0,在CP脉冲上升沿时，实现左移操作，此时，若DIR=0，则0向Q3移位，若DIL=1，则向Q3移位。2.3方案二：74LS138及74LS192的使用使用74LS138和74LS192来实现加减计数功能，从而实现全亮，全灭，左移位，右移位的功能。（1）74LS138工作原理及管脚图如下：当一个选通端（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。辽宁师范大学课程设计（2）74LS138功能: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.如图2-7二进制译码器74LS138的管脚图，图2-8为其功能表。图2-7二级制译码器74LS138管脚图图2-83线-8线译码器74LS138功能表（3）计数器74LS192管脚图如图2-9所示，功能表如图2-10所示辽宁师范大学课程设计图2-9计数器74LS192管脚图图2-10计数器74LS192功能表◆C2PU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。◆LD为预置输入控制端，异步预置。◆CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。◆CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，◆BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。辽宁师范大学课程设计第三章循电路的总体设计3.1由74LS194组成的功能图图3-1为在仿真软件Proteus中进行仿真的示意图，脉冲信号为时钟脉冲信号。如图S1为高电平，S0为低电平时实现右循环。图中实现单个移位寄存器的功能。有拨动开关可以实现左右移动，全灭，全亮及置数的功能。辽宁师范大学课程设计图3-1单个移位寄存器仿真图图3-2为在仿真软件Proteus中进行仿真的示意图，脉冲信号为时钟脉冲信号。如图S1S0都为低电平时处于保持状态。辽宁师范大学课程设计图3-2时钟脉冲信号下的总电路图S1S0=01实现右移位S1S0=10实现左移位S1S0=00实现保持功能S1S0=11实现置数功能3.2555定时电路组成的多谐振荡电路后的示意图图3-3所示为555定时电路产生连续时钟脉冲信号辽宁师范大学课程设计图3-3555定时定路下的总设计电路S1S0=01实现右移位S1S0=10实现左移位S1S0=00实现保持功能S1S0=11实现置数功能3.3方案二：由74LS138及74LS192组成的移位寄存器电路，可以实现循环彩灯的控制功能。如图3-4所示组成的移位寄存电路。辽宁师范大学课程设计图3-4由74138及74192组成的移位寄存电路SW1=1,SW2=0时实现彩灯的左移位功能SW1=1SW2=1时实现彩灯的保持功能SW1=0SW2=0时实现彩灯的暂定功能SW1=0SW2=1时实现彩灯的右移位功能第四章实验、调试及测试结果分析4.1调试使用的主要仪器:数字万用表直流稳压电源示波器4.2测试电路的方法和技巧:辽宁师范大学课程设计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4.3调试中出现的故障、原因及排除方法：（1）彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：可能是移位计数器的S0，S1端控制出现问题，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。特别注意不能把非门的输入与输出接反了。（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）彩灯在移动过程中是两个灯一起跳可能是是芯片74LS192在面包板上面没有接稳定，应该检查芯片是否通电，各高低电平是否正常工作。应该检查导线是否有问题。（4）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。第五章总结与设计调试体会课程设计共耗时两个星期，终于到了结尾总结的时刻了。辽宁师范大学课程设计感觉在这段时间中自己学会了很多东西，如设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。学习吸收别人的长处是应该的，但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观点，并且努力去实现。这就是快乐的最大源泉。在完成本次课设的过程中开始的头几天一直在纠结于用74LS194实现移位寄存器，因为它的原理是很简单的，可是在实际连电路的过程中，一下子遇到了很大的困难，因为外界的干扰因素实在太多了，稍不注意就碰到某个导线了，结果发光二极管就不亮，于是自己得检查到底哪里出现了问题，有得费很长时间去检查管脚是否连错，导线是否松动，或者导线是否坏掉等等情况。经过这次试验，终于感觉到了理论与实际的差别有多大了，当然这个过程也是非常的考验人的，不仅仅是考察你的理论知识，动手能力，以及检查问题并解决问题的能力，更是在考验一个人的耐心，细心。在连接电路的过程中，丝毫不得马虎，必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图，功能表。说实话，在实验过程中出现问题并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。因此自己应该具有创新思维。通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。这是一次获益匪浅的实习。附录一：实验器件列表辽宁师范大学课程设计附录二：参考资料[1]历雅萍电子技术课程设计.武汉:武汉工业大学出版社,1999[2]彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社.1998[3]谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中科技大学,1988