课程设计--多功能流水灯.doc

数字电子课程设计
——多功能流水灯

学院：电子信息工程系
专业、班级：自动化132602班

目 录

一、设计任务与要求 2

二、总体框图 2

三、选择器件： 3

四、功能模块 12

五、总体设计电路图： 15

六．课程设计心得体会 16

七、出现的问题 16

八、参考文献 17

多功能流水灯

一、设计任务与要求
1． 要求彩灯有单向流水效果。
2． 彩灯的流向可以改变。可以正向流水，也可以逆向流水。灯流动的方向可以手控，也可以自控，自控往返变换时间为5秒钟。
3． 彩灯可以间歇流动，10秒钟间歇一次，间歇时间为一秒。
4. 彩灯的流速以人眼看清为准。

二、总体框图
（一）设计思路：
彩灯流水控制电路，其主要部分是实现定时功能，即在预定的时间到来时，产生一个控制信号来控制彩灯的流向,间歇等,可利用中规模集成器件可逆计数器和译码器来实现正,逆流水功能,利用组合电路实现自控,手控方向控制等.
利用555定时器组成一个多谐振荡器，发出连续脉冲，作为计数器的时钟脉冲源。彩灯流向可以改变，应该选用加减计数器，但考虑到加减计数器无法实现时间间歇，所以不考虑。计数器的输出接寄存器以实现流水的效果。如图（1－1）所示：
振荡器
计数器
寄存器
驱动电路
图（1－1）：多功能流水灯总体框图

用74LS161N芯片16进制同步计数器及非门、四输入与门实现8个彩灯间歇1秒的功能，用74LS194N双向移位寄存器。来实现正向逆向流水的功效。

三、选择器件

器件名称
数量

功能说明

74LS161
一片
计数器
数码显示管
一个
显示74LS161N的输出结果
555定时器
一片
构成多谐振荡器
74LS04
五片
非门
74LS20
一片
双四输入与非门
灯泡
九个
显示输出信号
D触发器
一个
反转信号

(一)555定时器
（1）555内部简介：国产双极型定时器CB555电路结构图。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。
VH是比较器C1的输入端V12是比较器C2的输入端。C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经三个五千欧电阻分压给出。在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定电压，则VR1=VCO,VR2=1/2VCO.
RD是置零输入端。只要在RD端加上低电平，输出端v0便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。图(1－2)中的数码1—8为器件引脚的编号。

图 （1－2） 555定时器逻辑符号
555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。
图 （1－3） 555定时器内部结构图
(2) 基本功能
当时，，输出电压为低电平，VT饱和导通。
当时，时，时，C1输出低电平，C2输出高电平，，Q＝0，，饱和导通。
当、、时，C1、C2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不变，因此、VT也保持原来状态不变。
当、、时，C1输出高电平，C2输出低电平，，Q＝1，，VT截止。
555定时器功能表
输 入
输 出
阈值输入(vI1)
触发输入(vI2)
复位()
输出()
放电管T
×
×
0
0
导通

1
1
截止

1
0
导通

1
不变
不变

表（1）555定时器逻辑功能表

（二）74LS04D：

当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反向关系，它实际上就是一个非门。（亦称反向器）。
在一些实用的反向器电路中，为了保证在输入低电平时三极管可靠地截止，常将电路接成图2-1的形式。由于接入了电阻R2和负电源VEE,即使输入的低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电位，从而使三极管能可靠地截止，输出为高电平。
当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电平接近于零。为此，电路参数的配合必须合适，保证提供给三极的基极电流大于深度饱和的基极电流。
74LS04为六反相器，输入是A，输出是Y，6个相互独立倒相。供电电压5V，电压范围在4.75~5.25V内可以正常工作。门数6，每门输入输出均为TTL电平（<0.8V低电平  >2v高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流8mA。其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别如下：

图1-11：74LS04的内部结构 表（4）：74LS04功能表

图1-12：74LS04的逻辑符号 图1-13：74LS04的管脚图

（三） 74LS20
为双四输入与非门，其逻辑符号，逻辑功能表，管脚图，内部原理图如下图：74LS20是常用的双4输入与非门集成电路，常用在各种数字电路和单片机系统中，他的cmos版本是74hc20,下面我给大家介绍一下这个芯片的相关资料，下面是管脚图：

<74HC20,74ls20引脚图>
这个74LS20芯片的功能很简单，就是包含两个4输入与非门，内含两组4与非门 第一组：1,2,4,5输入6输出。 第2组：9,10,12,13输入8输出。
74LS20功能表
A B C D Y
1 1 1 1 0
0 X X X 1
X 0 X X 1
X X 0 X 1
X X X 0 1
<74LS20真值表>
74HC20,74LS20测试:只要通过对输入1111,0111,1011,1101,1110五项进行检测就可判断其逻辑功能是否正常.

（四）74LS161N：

构成16以内的任意进制加法计数器： 用S0，S1，S2…，SM…SN表示输入0，1，2，…，N个计数脉冲CP时计数器的状态。SM可以为S0，但需小于SN。
对于异步置数：在输入第N个计数脉冲CP后，通过控制电路，利用状态SN产生一个有效置数信号，送给异步置数端，使计数器立刻返回到初始的预置数状态SM，即实现了SM～SN1计数。
对于同步置数：在输入第N－1个计数脉冲CP时，利用状态SN-1产生一个有效置数信号，送给同步置数控制端，等到输入第N个计数脉冲CP时，计数器返回到初始的预置数状态SM，从而实现SM～SN-1计数。

在TTL电路中，比较典型的 D触发器电路有74LS74。74LS74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发D触发器电路。逻辑符号如右图：
（五）、D触发器
在TTL电路中，比较典型的 D触发器电路有74LS74。74LS74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发D触发器电路。
74LS74逻辑图与引脚排列图如下图：

逻辑符号

真值表：

D
Qn
Qn+1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1

（六）、74LS194N：

74LS194是四位通用移存器，具有左移、右移、并行置数、保持、清除等多种功能，其内部结构与逻辑符号分别如图 7-19(a)、(b)所示，功能表如表7-16 所示。74LS194各引出端功能如下：

D0~D3: 并行数码输入端。
Cr: 异步清 0 端，低电平有效。
SR、SL：右移、左移串行数码输入端。
S1、 S0： 工作方式控制端。

从其功能表和图7-19(c)时序图可以看出，只要Cr=0，移存器无条件清 0。只有当Cr=1，CP上升沿到达时，电路才可能按S1S0设置的方式执行移位或置数操作：S1S0=11为并行置数，S1S0=01为右移，S1S0=10为左移，时钟无效或虽然时钟有效，但S1S0=00 则电路保持原态。

四、功能模块

(一)555多谐振荡电路：
利用555定时器组成的振荡器去触发计数器进行加减计数实现彩灯的往返流动，同时同时为分频电路提供时基信号。

555多谐振荡器时基电路图

把定时器555接成施密特触发器后，很容易组成振荡器。通过电阻R1和R2向电容C1充放电，循环产生振荡。
为了实现人眼分辨的灯光流水效果,必须使时钟脉冲的周期大于人眼视觉暂留时间，即取T大于等于0.01s。取T=0.277s,R=4.7 KΩ，C=4.7 uF。则由式t1=0.7(R1′+2R2)C，得：R2≈47.8 KΩ

其产生的周期信号可用示波器显示如图：

图（2－2）：多谐振荡器仿真波形

从图中测得输出信号周期为0.277s，频率为3.6HZ，可为计数器提供脉冲。

(二)间歇计数电路：

采用74LS161D同步加法计数器，利用555振荡电路脉冲信号实现彩灯流水基本功能，再采用74LS20与非门电路每16个状态输出一个高电平。

模块电路图如下：

四个输出通过非门和AND4将输出信号给移位寄存器SL端，
（三） 工作电路：
由计数器给出的信号启动双向移位寄存器，使得灯泡亮起。

由仿真结果可知，两个移位寄存器可以正常工作。

（四） 显示模块
由八个灯泡的变换显示移位寄存器的输出结果的变换情况。

五、总体设计电路图：

注：见大图

图（2－8）多功能流水灯总电路图

用555定时器提供振荡脉冲，计数器74LS161通过计数，由74LS194双向移位寄存器，实现彩灯流水效果。本次试验实现了彩灯的流水，彩灯流水正逆向自动变换，彩灯的间歇流动，10秒钟间歇一次，间歇时间为一秒，但没有实现手控效果。

六．课程设计心得体会
软件仿真因为知识不够，实践经验不足，未能实现手动控制流向。同时，用555计时器设计比较繁琐，可用函数发生器代替。
说实话，课程设计这几天学到的东西还真不少。以前不清楚的现在都暴露出来了。以前认为学了没用的课程现在也用到了。
　 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握电子的开发技术是十分重要的。
回顾起此次电子技术课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整五天的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。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，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，比如有时候被一些小的，细的问题挡住前进的步伐，让我总是为了解决一个小问题而花费很长的时间。最后还要查阅其他的书籍才能找出解决的办法。并且我在做设计的过程中发现有很多东西，也知道拉自己的不足之处，知道自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固.
今后，我将更加抓紧每一次实践机会，巩固自己的知识。

七、出现的问题

1.实验电路中移位寄存器什么时候补1、什么时候补0？

2.计数器为什么要选择十六进制的，可以换成其他进制的吗？

3.若将函数信号发生器改为555多谐振荡器，其震荡周期怎么调节？怎样判别三种振荡器？

八、参考文献
1.《电子技术实验与课程设计》.毕满清主编.第四版
2．《数字电子技术基础教程》. 夏路易主编