武汉理工大学电工电子课设彩灯循环控制电路的设计与制作Word文件下载.docx
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（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明
（5）调试记录及结果分析
（6）对成果的评价及改进方法
（7）总结（收获及体会）
（8）参考资料
（9）附录：
器件表，芯片资料
时间安排：
6月27日~6月30日：
明确课题，收集资料，方案确定
7月1日~7月4日：
整体设计，硬件电路调试
7月5日~7月8日；
报告撰写，交设计报告，答辩
指导教师签名：
2013年6月27日
目录
摘要1
1结构设计与方案选择2
1.1方案设计2
1.1.1方案一2
1.1.1方案二3
1.2方案的比较与选择4
2单元电路设计6
2.1脉冲产生电路6
2.2循环控制与移位寄存器电路7
2.3彩灯显示与全灭控制电路8
2.4整体电路图与工作原理9
3搭建调试与检测10
3.1搭建10
3.2调试10
3.2.1调试方法10
3.2.2调试步骤12
3.2.3调试中故障及解决办法12
3.3检测13
结束语14
参考文献15
附录1器件表16
附录2芯片资料16
附录2.174LS194的芯片资料16
附录2.2NE555定时器的芯片资料17
摘要
近年来，由于集成电路的迅速发展，在数字电路中，集成芯片使用频繁，在未来，集成度更高功能更完善的芯片会不断涌现，而流水彩灯因为价格低廉，易用且实用的特性也已经深入平常生活，在商业街，医院，广告牌等随处可见。
绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，流水彩灯控制可用多种方法实现，并且工业设计原理简单实用，根据不同要求，使用不同芯片，可以实现花样繁多的显示种类，本次课程设计以已经学到的专业知识为基础，用简单的数字逻辑电路来实现8个彩灯的左移、右移、全亮、全灭等多种点亮方式。
与生活实际应用紧密相关。
设计以双向移位寄存器74LS198做主体控制电路，其脉冲产生由555定时器构成的多谐振荡器构成，控制发光二极管，实现了所需要的功能。
本文就本次课程设计的设计框图、设计电路图、单元电路图、工作原理、所用器件、电路调试等方面来进行介绍，最后对本次课程设计进行了总结。
关键词：
数字逻辑电路循环彩灯控制双向移位寄存器
彩灯循环控制电路的设计与制作
1结构设计与方案选择
1.1方案设计
1.1.1方案一
彩灯显示电路
38线译码电路
二进制双向计数电路
脉冲信号输入电路
全灭控制电路
循环控制电路
图1方案一的结构框图
如上图，为方案一的结构框图，主体部分为双向计数电路，再辅以信号输入，译码，功能控制以及显示电路，就构成了彩灯循环控制电路。
下面分别对每一个部分进行介绍：
1）脉冲信号输入电路：
选用CMOS门电路组成一个简单的多谐振荡器，产生周期为1s的脉冲波。
2）二进制双向计数电路：
根据计数器的逻辑功能，改变它的工作模式，可以实现彩灯的左移，右移和全亮功能。
3）38线译码电路：
使用74LS138实现对计数的译码，通过3位二进制输入ABC,共输出8种状态的组合，对8组彩灯进行控制。
4）全灭控制电路：
通过机械开关，断开彩灯的电源供应，从而达到全灭功能。
5）循环控制电路：
通过机械开关，改变信号输入从而改变计数器的工作模式，实现功能转换的目的。
按上述方案进行设计，原理图如图2所示。
图2方案一的原理图
1.1.2方案二
脉冲产生电路
移位寄存电路
彩灯显示电路
图3方案二的结构框图
如上图，为方案二的结构框图，主体部分为移位寄存电路，再辅以信号输入，功能控制及显示电路，就构成了彩灯循环控制电路。
选用NE555定时器组成的多谐振荡器产生所需频率为1Hz的脉冲。
2）移位寄存器电路：
由一片74LS198的8位双向移位寄存器实现，通过构成环形计数器，从而达到循环输出的目的。
3）循环控制电路电路：
通过机械开关对74LS198的工作模式以及清零端进行控制，实现移位寄存器电路输出转换的功能。
4）全灭控制电路：
按上述方案进行设计，原理图如图4所示。
图4方案二的原理图
1.2方案的比较与选择
通过仿真，方案一和方案二都能完成预定的功能。
从方案的耗材方面考虑，方案二的电路用的集成电路块数较少，比较节省器件。
从方案的优化方面比较，两个方案都能实现左移，右移，全亮，全灭四种功能。
但是方案一使用环形多谐振荡器，它简单，易于搭建，但是频率不稳定电压易产生变化。
方案二采用555产生秒脉冲。
NE555电源范围宽，而且脉冲的精度比较高，适合电路，并且使用范围广，成本低廉。
从方案的复杂程度比较，方案二的基本理论与思路都比方案一简单，方案一胜在结构清晰，但是从框图上看就很复杂，不利于后期调试
最后，经过综合考虑，决定采用方案二。
2单元电路设计
2.1脉冲产生电路
多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。
555定时器是一种多用途的数字——模拟混合电路，由于它使用灵活、方便，利用它能方便地构成多谐振荡器，所以决定用NE555来构成多谐振荡器，来产生1HZ的脉冲。
用555定时器接成多谐振荡器，即将555的2、6端并联，再与RC构成的充放电电路的串联点连接，将7端接到放电点。
输出信号的时间参数是：
（1-1）
=0.7（R1+R2）C1（1-2）
=0.7R2C1（1-3）
式（1-2）中为VC由上升到所需的时间，式（1-3）中为电容C放电所需的时间。
参数选择如下：
R1=3.3K，R2=5.1K,，C1=100uF。
则得到的脉冲的频率为
1.06Hz（1-4）
该频率可满足实验要求。
用NE555构成可产生1Hz脉冲的多谐振荡器的原理图如图5所示：
图5脉冲产生电路
2.2循环控制与移位寄存器电路
主体芯片使用74ls198，它除了具有存储代码的功能外，还具有移位功能。
即在其内存储的代码能在移位脉冲的作用下依次左移或右移，还支持并行输入和并行输出。
用74ls198设计的移位寄存器电路的原理图如图6所示：
图6循环控制与移位寄存器电路
对于这个寄存器而言，使用环形计数器的接法，将QA与SLSER，QH与SRSER可以使芯片实现循环输出的功能，将S0、S1都接高电平，置数“0111，1111”；
再将S0调置低电平，实现0111，1111→1111，1110→1111，1101→1111，1011→1111，0111→1110，1111→1101，1111→1011，1111→0111，1111左移循环；
相反，将S1接低电平，S0接高电平，则可实现左移循环，而通过74LS198的清零端即可实现所有彩灯全亮功能。
2.3彩灯显示与全灭控制电路
用发光二极管来实现彩灯的闪烁，8盏灯的阴极分别与74LS198的8个输出端连接，二极管的阳极与保护电阻相连接电源。
连接二极管时要注意阴极和阳极的区分，免得出现二极管不亮时，盲从的检测，当74LS198的任意一个输出端输出为低电平时，与其相连接的发光二极管点亮。
当电源提供端的开关断开时，LED灯全灭，如图7所示。
图7彩灯显示与全灭控制电路
2.4整体电路图和工作原理
由上述单元电路图构成了整体电路图如图8所示。
图8整体电路原理图
工作原理：
1）左移循环点亮：
S4闭合，S3打向高电平，先将S1，S2打向高电平，进行置数，这时只有D1亮，将S0打向低电平，彩灯开始向左循环点亮。
2）右移循环点亮：
S4闭合，S3打向高电平，先S1，S2打向高电平，进行置数，这时只有D1亮，将S1打向低电平，彩灯开始向左循环点亮。
3）全灭：
S4断开，则8盏彩灯全灭。
4）全亮：
S4闭合，S3打向低电平，可以使8盏灯全部点亮。
3搭建,调试与检测
3.1搭建
在完成理论设计后，我们进行了实际组装，由于市场中采购不到所需的74LS198，我们只能使用74LS194，即4位双向移位寄存器，通过级联完成八位输出，其他部分均能正常搭建，74Ls194级联的原理图如图9所示。
图974ls194级联的八位移位寄存器
3.2调试
一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装，往往也难达到预期的结果。
这是因为在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观因素（如元件值的误差，器件参数的分散性，分布参数的影响等），必须通过不断的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足，然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。
3.2.1调试方法
电子电路调试方法有三种：
虚拟调试，单元调试和整体调试
（1）虚拟调试法
虚拟调试是利用EDA技术，通过特定的仿真程序，把设计好的电路方案进行完全的电路搭建，模拟出实际功能，然后通过其分析数据，观察结果，与理论预期进行比对，虚拟调试的优点：
成本低廉，易于操作，结果可信度高
利用Multisim仿真，脉冲输入电路的结果如图10所示。
图10脉冲输入源的仿真结果
左移的仿真结果如图11所示。
图11左移仿真
右移的仿真结果如图12所示。
图12右移仿真
（2）单元调试法
分块调试是把总体电路按功能分成几个模块单元，对每个单元分别进行调试。
单元模块调试的顺序最好按信号的流向，一块一块进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。
单元调试的优点：
问题出现范围小，可及时发现，易于解决。
（2）整体调试
此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。
3.2.2调试步骤
（1）电路仿真
对照电路图使用仿真软件进行仿真，确认无误后，比预期结果进行比对，不行的话，就修改电路。
成功的话，则进行实体安装。
（2）检查电路
对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或与地短接，然后检查各芯片是否安装牢固，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现象。
（3）接通电源观察
在做好第一步的基础上进行下一步。
接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，按第一步重新检查电路对出现事故的电路部分进行着重的检查，直至发现并排除错误。
（4）工作开关断开的情况下的调试
当第二步完成后，在断开开关的情况下用一个发光二极管检测脉冲信号的输出，各芯片的初始输出是否正确，如果存在问题，查找出原因并解决。
（5）工作开关闭合的情况下的调试
闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。
调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。
3.2.3调试中故障及解决办法
第一次调试的结果是一上电，2号LED灯亮了，并且通过S0，S1的控制，不能循环，但是清零端可以正常控制全亮，但是却不能再变回原来要的左移右移工作状态。
首先第一个问题，我们觉得是置数出问题，通过检查电路，发现原来是U2的15，14号引脚接错了灯，导致置数出问题
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