八路旋转彩灯.docx
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八路旋转彩灯
湖南人文科技学院
课程设计报告
课程名称：
电子技术课程设计
设计题目：
八路旋转彩灯
系别：
通信与控制工程系
专业：
自动化
班级：
二班
学生姓名:
周茜杨康宁黄灿灿
学号:
084212120842123008421250
起止日期:
2010年6月11日~2010年6月24日
指导教师:
田汉平
教研室主任：
指导教师评语：
指导教师签名：
年月日
成绩评定
项目
权重
成绩
周茜
杨康宁
黄灿灿
1、设计过程中出勤、学习态度等方面
0.2
2、课程设计质量与答辩
0.5
3、设计报告书写及图纸规范程度
0.3
总成绩
教研室审核意见：
教研室主任签字：
年月日
教学系审核意见：
主任签字：
年月日
摘要
本设计主要是采用74LS194四位双向移位寄存器控制的，通过电路产生一系列有规律的数列，来实现彩灯的循环。
信号控制是通过用555多谐振荡、单输入双D触发器、74AS32二输入或门、74LS02二输入或非门、74LS20四输入与非门和74F08与门来实现的。
用555多谐振荡产生信号，用单端入双D触发器实现信号的翻转（即左右来回循环），用电路中所有的门实现对D触发器和74LS194移位寄存器输入信号的控制，最后实现彩灯的循环。
关键词：
数字集成电路、移位寄存器、旋转。
目录
设计要求1
1、方案论证与对比1
1.1方案一1
1.2方案二2
1.3方案选择3
2、单元控制电路及原理3
3、整体电路6
4、电路演示结果7
5、元器件清单7
6、总结体会8
7、参考文献9
八路旋转彩灯设计文档
设计要求
用8个发光二极管作彩灯，能被顺时针及逆时针逐个亮点，采用220V交流电源供电，自行设计所需要的直流电源。
1、方案论证与对比
经过分析问题及初步的整体思考，拟定以下两个方案：
1.1方案一
总体电路分为三大块。
第一块实现时钟信号的产生；第二块实现彩灯的移位控制；第三块实现循环演示。
主体框图：
图1—1方案一方框图
具体实验电路图：
图1—2方案一电路图
主要芯片：
74LS194两片、D触发器、74ls32、74ls02、74ls03、74ls20
此方案采用两片78LS194实现八位左右循环（74LS194是四位双向移位寄存器）。
其电路中通过使用D触发器及74AS32、74ls02、74ls03实现控制信号的输入。
1.2方案二
总体电路分为三大块。
第一块实现时钟信号的产生；第二块实现时钟信号的控制；第三块实现彩灯移位控制；第四块实现循环演示。
图1—3方案二方框图
集体实现电路图：
图1—4方案二电路图
主要芯片：
74ls138、74ls161、74hc74、74ls00、74ls04
此方案采用计数器和译码器对彩灯移位电路的控制。
其电路中采用74ls10、74hc74、555实现对输入信号的控制。
1.3方案选择
方案一与方案二最大的不同就在：
前者用两片74LS194实现八位双向移位功能，其电路通过使用D触发器及74AS32、7402N、7403N、7420N实现控制信号的输入。
其优点在于利用两个四位双向移位寄存器实现双向移位功能易于控制和理解，但整个电路看起来比较复杂，其中采用的芯片较多，连线方面难于控制易出错；后者使用计数器、译码器实现八位双向移位功能，其电路采用D触发器、555定时器、74LS10控制输入信号。
其优点在于所用芯片比较少，且制作的工艺流程不太复杂；但是用计数器、译码器实现移位控制难于理解。
综上所述方案一优于方案二，故在设计电路时选用方案一。
2、单元控制电路及原理
2.1脉冲产生电路的设计
电路图如下：
图2—1555定时器组成的多谐振荡电路
由于我们所选用的电路中所用到的芯片都要用脉冲信号触发才能完成相应的功能，所以就得采用一个脉冲产生电路。
我们这里选用的是555定时器组成的多谐振荡器，多谐振荡器的好处在于无需外加输入信号就能在接通电源后自行产生矩形波输出。
而且由于555定时器内部的比较器灵敏度高，而且采用差分电路形式，所以用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。
设电容C3两端的电压为Vc。
接通电源后，C3被充电，当Vc上升到2Vcc/3时，使输出电压为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C3通过R3和T放电，Vc下降到Vcc/3时，输出电压翻转为高电平。
当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1和R3向电容C3充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。
如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
2.2彩灯移位控制电路
我们这个方案主要是利用移位寄存器将串行数据左移和右移的特点来设计的，用两片4位移位寄存器来实现8位移位的功能。
电路图如下
图2—2彩灯移位控制电路
首先将开关J2接通即接入高电平后，电路就开始工作。
第一是通过555定时器组成的多谢振荡电路来输出一个周期性的矩形波来实现对移位寄存器的CLK端的控制。
第二是通过一个与门（74F08D）、三个或门（74AS32M）、四个或非门（7402N）、和两个四输入与非门（7420N）及一个D触发器（74HC74D）来实现信号的变换对移位寄存器S0和S1端进行控制。
当S0端位为高电位S1端为低电位时实现右移，右移数据变换从10000000→01000000→00100000→00010000→00001000→00000100→00000010→00000001；当S0端为低电位S1端为高电位时实现左移，左移数据变换为
00000001→00000010→00000100→00001000→00010000→00100000→01000000→10000000。
第三D触发器的信号控制是由第一个输出信号和最后一个输出信号（从左边数起U1的15号引脚和U2的12号引脚）通过一个或门来实现的。
当输入信号为1即高电平时，D触发器触发一次，输出信号翻转一次，从而实现对后面信号的控制。
表2—174LS194移位寄存器的功能表
输入
输出
清零
控制信号
串行输入
时钟信号
工作状态
S1
S0
右移（Dsr）
左移（Dsl）
L
×
×
×
×
×
L
H
L
L
×
×
×
保持
H
L
H
L（H）
×
↑
右移
H
H
L
×
L（H）
↑
左移
H
H
H
×
×
↑
置数
2.3彩220V交流电源转换成5V直流电源
电路图如下：
图2—3电源转换电路220V到5V
本电路设计原理是：
首先通过变压器T2以及由四个二极管组成的桥式整流电路D3整流再并电容滤波，此时的输出电压（5V）还不稳定，则需要采用LM7805三端稳压器来实现稳压，三端稳压器后面的电容有滤波和阻尼的作用，最后使输出电路稳定。
3、整体电路
方案一的整体电路如下图示：
图3—1电源转换电路
图3—2555多谐振荡电路
图3—3旋转彩灯控制电路
工作原理：
电源控制电路：
通过12V变压器和整流电路的作用将220V交流转换为5V直流，实现了设计要求中的用220V供电。
旋转彩灯控制电路：
通过脉冲产生电路、输入信号控制电路及移位控制电路实现了设计要求中的用8个发光二极管作彩灯，顺时针及逆时针逐个亮点。
4、电路演示结果
在multisim仿真软件中，测试电源输出电压为5V；接入电路后，播下开关，8个发光二极管实现顺时针及逆时针逐个点亮。
5、元器件清单
表5—1
器件
数量
型号
变压器
1
12V
桥式整流管
1
1G4B42
电解电容
1
20uf
电解电容
1
0.22uf
电解电容
1
1000uf
电解电容
1
1uf
电容
2
200uf
稳压管
1
LM7805
电阻
1
300
电阻
1
2K
电阻
1
500
电阻
8
330
发光二极管
8
双掷开关
1
D触发器
1
74LS74
移位寄存器
2
74LS194
555定时器
1
555
四输入或非门
1
74LS32
双四输入与非门
1
74LS20
四二输入或非门
1
74LS02
四输入与门
1
74LS08
6、总结体会
课程设计刚开始，不知如何入手，很茫然的感觉，毕竟课程设计不同于实验课，设计方案、试验器件选择以及电路图都要自己思考设计。
静下心来，仔细分析题目，认真温顾老师以前上课的说明和提示，心中才有了底气。
将整个系统电路模块化，先进行单元电路设计，各个击破，再将其整合。
通过这次课程设计，使我们受益颇多。
既巩固了课堂上学习的理论知识，又掌握了常用集成芯片的功能及其使用。
在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了如何科学的分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，培养了独立解决问题的能力。
同时，也培养了办事认真严谨的作风。
在课程设计期间，多次受到指导老师的耐心指导，在此我们表示衷心的感谢。
7、参考文献
1、《电子技术基础》（数字部分）高等教育出版社主编：
康华光
2、《ProtelDXP实用教程》清华大学出版社北京交通大学出版社主编：
赵志刚、吴海彬
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