八路循环彩灯的设计方案.docx

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八路循环彩灯的设计方案

目录

摘要…………………………………………………………………2

第一章系统组成及工作原理…………………………………………3

1.1总体设计思路…………………………………………………3

1.2基本原理……………………………………………………….3

1.3电路框图……………………………………………………….3

第二章循环发光器的系统组成………………………………………4

2.1555定时电路产生时钟脉冲………………………………….5

2.2移位寄存器……………………………………………………6

2.3方案二74LS138及192的功能………………………………7

第三章循环电路的总体设计…………………………………………8

3.174LS194组成的电路……………………………………….9

3.274LS138及74LS192组成的电路……………………………11

第四章实验结果的调试及检测…………………………………….13

4.1调试使用的主要仪器………………………………………….15

4.2调试技巧的方法………………………………………………15

4.3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

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

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

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。

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。

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

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。

（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

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。

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。

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。

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

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。

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:

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。

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

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

[8]

[8]

附录三

74LS192管脚图

74LS138管脚图

74LS194管脚图