数电课程设计八路花样灯.docx

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数电课程设计八路花样灯

一、设计要求

设计一个八路花样灯，控制器，其具体要求如下：

基本功能：

（1）有一个时钟电路。

（2）有八个LED发光二极管输出电路。

（3）至少16种花样灯变化的控制。

增加功能：

64种以上变化花样灯控制。

二、实验目的

1.巩固和加深对电子电路的基本知识的理解，提高综合运用本课程所学的知识的能力。

2.培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册，图表和文献资料的自学能力。

3.通过电路的方案分析，论证和比较，设计计算选取元件，电路组装，调试等环节初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

4.学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行数字电路实验的基本技能

三、设计方案

分析题目，通过分析问题和初步的整体思考，设计出如下方案：

整体功能的实现需要以下三个模块来实现：

花型的演示及控制模块，节拍控制模块，时钟信号的产生。

时钟信号的产生由一个555多频振荡器来实现，花型的演示由两个74ls194（双向移位寄存器）来实现，花型的控制功能由第一个74ls161（四位二进制同步计数器）产生分频信号控制置数及左右移，所置入数有另外两片74ls161控制。

设计总框图如图所示：

四、元器件及其数量及其简介

元件名称

数量

74SL161N

3块

74LS194N

2块

74LS32N

2块

74LS04N

1块

555-VIRTUAL

1块

8位LED发光二极管

1块

电阻RPACK8

1块

开关导线

若干

4.174LS161简介

<74ls161引脚图>

管脚图介绍：

时钟CP和四个数据输入端P0~P3（或D0~D3）

清零/MR

使能CEP，CET

置数PE

数据输出端Q0~Q3

以及进位输出TC.（TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET）

<74LS161功能表>

从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。

当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。

而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。

74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。

合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

4.274LS194简介

移位寄存器是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。

74LS194是一个4位双向移位寄存器，最高时钟脉冲为36MHZ，其逻辑符号及引脚排列如图所示：

其功能表为：

从功能表可以看出：

端口SL：

左移串引输入端，SR:

右移串引输入端，S1、SO:

操作模式控制端，CLEAR:

直接无条件清零端，CLK:

时钟脉冲输入端。

4.3555定时器简介

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。

555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

555引脚图如下所示：

内部框图如下图：

4.474LS32、74LS04简介

74LS32：

74LS32是四2输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统中

表达式为：

Y=A+B

引脚排列图管脚功能：

左下:

1--1A，2--1B，3--1Y；4--2A，5--2B，6--2Y；7--GND；

右上:

8--3Y，9--3A，10--3B；11--4Y，12--4A，13--4B；14--VCC

其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极。

74LS04：

74LS04是6非门（反相器）他的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0，平时在使用中请注意不要芯片的管脚顺序搞错了，下面是芯片的管脚图:

五、工作原理

图1脉冲产生

图2分频脉冲

首先，花型控制电路利用555时钟电路（如图1所示），产生周期T=0.7（R1+2R2）C=0.739s脉冲，脉冲如图2波形1所示

将脉冲输入U3，即第一块74LS161，利用其分频作用从QD3产生原脉冲16分频的脉冲

（如图2波形14所示），

图3分频

将16分频脉冲输入由U1，U2组成的计数模块，计数模块的8个输出端依次接入74LS194的置数端；同时将QD3与RCO3产生的进位信号相加后（如图2波形41所示）输入两块74LS194的S1端,将QD3取非再与RCO3相加后（如图2波形36所示）输入两块74LS194的S0端.由图1可看到，当S1和S0都取1时，移位寄存器处于置数状态，S1=0，S0=1时右移，S1=1，S0=0时左移，进入正常工作状态后的74LS194，应是先置数，右移8位再左移7位，当这一周期完成的同时计数部分恰好加一，使74LS194下一次输入的数改变，如此类推，可产生

次变化。

图4计数

图574LS161时序图

图6显示控制

工作方式控制电路产生移存器所需的各种控制信号。

由于控制信号的选择与花型变换有关，本次设计花型变换如下：

花型1：

置入10000000右移8次，左移7次。

花型2：

置入01000000右移8次，左移7次。

花型3：

置入11000000右移8次，左移7次。

花型4：

置入00100000右移8次，左移7次

.............

花型

：

置入11111111右移8次，左移7次

移存器输出状态编码表

状态

花形1

花形1

…

花形256

置数s1=s0=1

10000000

01000000

…

11111111

右移

01000000

00100000

…

11111111

S1=0，S0=1

00100000

00010000

..

11111111

00010000

00001000

…

11111111

00001000

00000100

…

11111111

00000100

00000010

…

11111111

00000010

00000001

…

11111111

00000001

10000000

…

11111111

10000000

01000000

…

11111111

左移

00000001

10000000

…

11111111

S1=1，S0=0

00000010

00000001

…

11111111

00000100

00000010

…

11111111

00001000

00000100

…

11111111

00010000

00001000

…

11111111

00100000

00010000

…

11111111

01000000

00100000

…

11111111

六、总体电路图

图7总体图

七、调试过程中遇到的问题及其解决的方法

在电路设计中，我们尝试了很多方案，例如：

在实现LED左右移的过程中，我们起初只想用高低电平来控制S1,S0来实现，显然这样可以人为的控制左移、右移，而且显示的花样也很多，但是正因为显示的花样多，每次都要认得控制左右移动，这样反而显得很凌乱，整体性不强，后来想到用74LS161产生分频来控制S1、S0实现LED的左右移，这样一来，虽然减少了花样，但是变化规律性变强，总体上也变得漂亮，电路还可以自动实现循环左右移，对于我们来说也比较好掌控，也达到了预期的效果。

在电路组装过程中，也遇到了些许问题，比如：

芯片分布不合理，导致出现很多特长线，横七竖八，交错纵横，既不美观，有直接影响了电路的检查，其主要原因就是起初考虑不够周全，后来尝试挪动几块芯片的位置，问题就得到了很大的改观，不仅大大减少了特长线，而且也使整个电路板的布局看起来比较流畅。

在调试过程中，首先遇到的问题就是LED闪烁太快，不能很好的观察其花样效果，而且有1盏灯始终都不会亮，究其原因，是555时钟电路中R1、R2选用的不合理（太小），产生的周期T只有零点几毫秒，经过计算T=0.7（R1+2R2）C把R1、R2分别换成1000ohm、51000ohm阻值的电阻，使其产生T=0.739s脉冲，这样就解决了闪烁过快的问题。

至于一盏LED灯不亮的原因，猜想可能是接触不良或者说有些线断开了，于是用万用表复查某些导线是否导通，经过检查后把断开的线找出来重新接好，这样这个256钟花样灯的设计基本上就完成了。

在给老师检查的过程中，又出现的一个新的问题：

LED灯不能循环移动，也就是说右移完（左移完）不能从左边（右边）重新移进，再次复查电路后发现是两块74LS194级联问题，对两块74LS194重新接线：

把左边SL、SR端口分别接右边QA、QD端，右边SL、SR分别接左边QA、QD端，这样循环移的问题也就解决了，环形循环LED八路花样灯也相应的完成了。

八、心得体会

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数字电路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

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.同时也是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，更是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。

同时，设计让我感触很深，使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在史老师的辛勤指导下，和同学们的耐心帮助下终于游逆而解。

在此，对给过我帮助的同学和各位指导老师表示忠心的感谢！

九、参考文献

（1）《数字电子技术基础》第四版（清华大学电子学教研组编）

（2）东哥单片机学习网: