可编程时序彩灯.docx

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可编程时序彩灯

数字电子技术综合实验二

可编程彩灯电路

组员：

●一、实验目的…………………………………………………….3

●二、设计要求……………………………………………..3

●三、各模块设计方案…………………………………….4

●四、电路的焊接成型及工作检测………………..13

●五、实验感想及问题………………………..………….14

●六、元件清单及制作费用………………………………………………..16

一、实验目的

1.掌握计数器、移位寄存器电路的原理及应用。

2.掌握比较器或译码器电路的应用方法。

3.掌握555电路的应用方法

4.可编程彩灯电路实验将传统的四个分离的时序电路移位寄存器，

计数器（分频器）、555和组合电路实验综合为一个完整的设计型的时序、组合电路综合实验。

教学目的是让学生熟悉各种常用的中规模集成电路时序逻辑电路的功能与使用方法，掌握多片中小规模集成电路时序逻辑电路的级联及综合设计技术，并学会组装和调试各种中规模集成电路时序逻辑电路。

二、设计要求

1.实验设计任务：

（1）分析图示电路功能。

（2）完成振荡电路及分频电路的设计。

（3）连接整体电路，测试分析实验结果。

2.实验设计要求：

（1）彩灯电路循环速度肉眼可辨。

（2）可2灯循环，3灯循环，…，8灯循环，最少6灯。

（3）要求有功能扩展。

三、各模块设计方案

1.总电路实验框图

总电路实验框图如上图所示，555电路产生一定频率时钟脉冲信号，经过分频器进行分频得到需要频率的时钟信号作为移位寄存器的时钟，移位寄存器在控制部分的控制下，使彩灯循环闪烁和实现其他功能。

实现功能：

1.全亮

2.全灭

3.一灯常亮，二灯循环，三灯循环，四灯循环，

五灯循环，六灯循环，七灯循环，八灯循环。

4.循环状态某一时刻的保持

5.手动变频，频率可选择为2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、32Hz、64Hz.

2.实验总电路设计图

3.实验单元电路分析，元件介绍和元件参数计算：

（1）555多谐振荡电路：

555定时电路是模拟-数字混合式集成电路。

555定时电路分为双极型和CMOS两种，其结构和原理基本相同。

555定时电路外引脚线排列如下所示：

TH：

阈值输入端

TR：

触发输入端

CO：

控制电压输入端

OUT:

输出端

DIS:

放电端

RST:

复位输入端

从结构上看，555定时电路由2个比较器、1个基本RS触发器、1个反向缓冲器、1个漏极开路的NMOS管和3个5k

电阻组成分压器组成，因此命名555定时电路。

其内部的两个电压比较器构成一个电平触发器，上触发电平2/3Ucc，下触发电平为1/3Ucc，在5脚控制端外接一个参考电压Uc，可改变上下触发电平值，两比较器的输出端分别接R-S触发器，由于两个或非门组成的R-S触发器必须用负性信号才能触发，因此只有同相端的电位高于反相端电位时，R-S触发器才翻转。

外接控制电压时，555的逻辑功能表：

输入

比较器输出

输出

uTH

uTR

R（C1）

S（C2）

OUT

放电三极管T

＜UR1

＞UR1

＜UR2

＞UR2

不变

导通

截止

不变

导通

不外接控制电压时，555的逻辑功能表：

输入

输出

uTH

uTR

OUT

放电三极管

导通

截止

不变

导通

设计多谐振荡器电路图如下图所示：

当接通电源时，由于电容C2两端的电压不能突变，定时器的低触发端2端为低电平，输出端3端为高电平（内部结构决定）。

电源经过R1、R2给电容充电，当电容电压充到电源电压的2/3时，555内部的NMOS管导通，输出为低电平。

电容通过R1和NMOS管放电，当电容两端的电压下降到低于1/3电源电压时，NMOS管截止，电容放电停止，电源通过R1、R2再次向电容充电。

如此反复，形成振荡。

忽略NMOS管导通电阻可得：

振荡周期为：

；

充电时间为：

；

放电时间为：

。

根据实验所需，我们设计的原件参数如下：

R1=5.1KΩ，R2=1KΩ，C1=1uF，C2=10uF

计算得：

s，f=122.75Hz

128Hz

（2）分频电路：

设计分频电路如下：

由两片74LS161构成分频电路，74LS161管脚图：

74LS161功能表：

由555产生的脉冲信号的频率为128Hz，接到U11的时钟输入端，由QA口输出的为二分频64Hz，QB口输出的为四分频32Hz，再将32Hz接到U2的时钟输入端，由QA口输出二分频16Hz，QB口输出四分频8Hz，QC口输出八分频4Hz，QD口输出十六分频2Hz。

利用拨码开关，可以从2、4、8、16、32、64Hz中进行手动选择频率。

（3）编译码电路设计

编译码电路采用74LS148,74LS138实现编译码功能，利用拨码开关对74LS148输入的编码进行改变，从而达到时序彩灯的可编程功能，其中拨码开关可以控制八个彩灯1~8灯循环功能。

编译码设计电路：

8—3线优先编码器74LSl48简介：

在数字系统中，常采用多位二进制数码的组合对具有某种特定含义的信号进行编码。

完成编码功能的逻辑部件称为编码器。

编码器有若干个输入，对于每一个有效的输入信号，给与电平信号的形式表示的特定对象，产生惟一的一组二进制代码与之对应。

按照编码信号的特点和要求，编码器分为3类。

即二进制编码器，可用与非门构成4-2线、8-3线编码器。

二—十进制编码器，将0~9十进制数变成BCD码，如74LS147、优先编码器。

图2：

74LSl48外引线排列图

74LS148是一种常用的8—3线优先编码器，其功能真值如表一所示。

74LS148功能表

输入

输出

3—8线译码器74LS138简介：

译码是编码的逆过程，以码器的功能与编码器相反，它将具有特定含义的不同二进制代码辨别出来，翻译成对应的输出信号。

图3：

74LS138译码器/驱动器外引线排列

其工作原理如下：

1一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（（/E2））和/（E3））为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。

比如：

A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。

2用E1、E2和E3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。

③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。

可用在8086的译码电路中，扩展内存。

74LS138功能表：

本电路设计中，之所以采用编码后又译码的电路结构，一是因为74LS148为高电平使能，无法直接与74LS195移位寄存器，而74LS138为低电平使能，可以连接到74LS195，二是因为应用74LS148的八个输入可以更直观的进行1至8灯的循环选择。

（4）移位寄存器电路设计

设计电路图：

74LS195介绍：

4位单向移位寄存器，功能表如下：

将两片74LS195连接为八位移位寄存器，实现对八个彩灯的循环控制，将译码器74LS138的八位输出分别接入两片74LS195的输入端，实现输入端高低电平的控制，达到不同数目彩灯循环的设计目标。

图中单刀双掷开关两端连接两片74LS195的Clear端口，达到将此端口接到高电平时，195全部输出低电平，并保持，达到彩灯全亮的功能。

（5）彩灯部分

如图所示，由于我们采用74LS148与74LS138配合进行彩灯的预置，138输出为低电平有效，所以彩灯部分我们也采用低电平有效，即让所有发光二极管的阳极一起接电源，阴极接芯片的信号。

四、电路的焊接成型及工作检测

本实验是这学期我们所接触到的第一个完全自主的设计性实验，我们查资料，确定实验方案设计原理图，经过两天的努力，我们终于圆满完工。

在焊接过程中，我们合理的进行了前期布局，将各个芯片安排在最合理，最利于焊接的位置，采用导线跳线连接和拖焊共同使用的焊接方法，完成了电路的焊接工作，还算比较顺利。

我们电路的创新点是不仅对彩灯的循环控制进行了扩展功能的设计，更对时钟信号进行了多种的分频设计，我们的电路可以手动选择几个频率，在彩灯循环的展示中，更便于大家理解555电路，及161分频电路的工作原理。

在测试中，开始时对拨码开关的使用不是很理解，后来查阅资料后改正了拨码开关中的一点小问题，电路就可以正常工作了。

五、实验感想及问题

六、元件清单及制作费用

元件名称

数量

费用

555

74LS161

74LS148

74LS138

74LS195

发光二极管

拨码开关

单刀双掷开关

电容、电阻

若干

电路板

导线

若干

焊锡

若干

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