数电课程设计报告.docx

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数电课程设计报告

华侨大学厦门工学院

数字电子技术课程设计报告

题目：

多功能流水灯设计

专业、班级：

10级电子技术4班

学生姓名：

**

学号：

1002204014

指导教师：

刘玉玲

分数:

2012年12月18日

摘要

近年来，由于集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。

在设计中则更多地使用中规模的集成电路，这样不仅可以减少电路组件的数目，使电路简洁，而且能提高电路的可靠性，降低成本。

因此，用集成电路来实现更多更复杂的器件成为必然。

在现代生活中，自动化智能控制的电子给人们的生活增添了色彩也带来了方便和舒适。

比如五颜六色的广告流水灯每到晚上把许多娱乐场所、理发店、宾馆、饭店、公司的门外点缀得格外迷人。

为了使造价低廉、清洁无污染的LED灯在电子产品装饰、显示屏电子广告、数码与字符显示、节能灯等领域得到广泛的应用，采用LED灯来作装饰已成为一种时尚。

采用数字集成电路的控制方法结合十进制计数器、译码电路设计了该控制系统。

该系统由电源、时钟电路和译码显示电路3部分组成。

关键词：

集成电路流水灯LED灯

目录

摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------2

1.绪论------------------------------------------------------------------------------------4

1.1流水灯控制系统的研究意义-----------------------------------------------4

1.2流水灯设计任务书-----------------------------------------------------------4

2.设计方案选取与论证------------------------------------------5

3.各单元电路设计----------------------------------------------8

3.1555脉冲产生电路---------------------------------------8

3.2双四位移位寄存器----------------------------------------9

4.设计电路------------------------------------------------------------------------------11

4.1时钟脉冲产生电路---------------------------------------11

4.2流水灯驱动显示电路-------------------------------------11

4.3流水灯控制电路-----------------------------------------11

4.4总体电路------------------------------------------------12

5.安装与调试过程---------------------------------------------------------------------12

5.1彩灯控制器安装-----------------------------------------12

5.2调试工具------------------------------------------------------------------------12

5.3彩灯控制器的调试---------------------------------------12

6.结论--------------------------------------------------------12

6.1故障分析------------------------------------------------12

6.2心得体会------------------------------------------------13

7.参考文献-------------------------------------------13

8.附录-------------------------------------------------------------------------------------14

1.绪论

1.1流水灯的研究意义

利用控制电路可使彩灯按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电。

随着人们生活水平的较大提高，人们对于物质生活的追求也不断提高，不仅是对各种各样的生活电器的需要，也开始在环境方面有更高的要求。

多功能流水灯的应用已经遍及卡拉ok包房、歌舞厅等场所，这些不仅说明我们对生活要求有了质飞跃，也说明科学技术在现实运用中有了较大的发展。

在这次设计中，我们将涉及流水灯控制器的设计，从原理上使我们对这个有深入的了解，将理论与现实结合。

1.2流水灯循环控制设计任务书

任务目的：

设计一个彩灯流水控制电路，其主要部分实现定时功能，即在预定的时间到来时，如何产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等，可通过利用中规模集成电路中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、流向控制等功能。

设计要求：

1）基本要求：

a.用8个发光二极管作为彩灯显示，设计一个彩灯控制电路，能使彩灯的流向可以变化。

具有彩灯亮点的右移、左移、全亮及全灭等功能。

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。

b.彩灯可以间歇流动，10秒间歇1次，间歇时间1秒。

2）发挥部分：

a.彩灯流速可以改变。

b.设计显示图案循环的控制电路。

2.设计方案选取与论证

图1流水灯设计原理图（方案一）

方案一：

如图1所示，本方案主要利用74ls194的双向移位功能和置数功能寄存器，彩灯采用共阳极接法，触发信号采用555定时器，3脚产生1HZ的矩形波信号，通过74ls161计数器和74ls194控制其自动左移右移全亮等功能，开关控制清零来满足设计要求。

图2流水灯设计原理图（方案二）

方案二：

如图2所示，触发信号和方案一都是用555定时器来设计。

在灯的旁边加上8个开关，8个开关同时合上可以使其全亮。

当8个开关都断开且与E1相连的开关闭合则译码器的输出全为高电平，8个灯全部熄灭。

本方案主要利用74LS192的可加减计数功能和74LS138译码器的特点来完成左移和右移等功能。

当74LS192进行加数时，彩灯进行右移，计数器记到8时，通过反馈法清零，使计数器恢复到0000状态，这样就完成彩灯的右移循环功能了。

当74LS192进行减数计数时，彩灯进行左移，计数器记到9时，通过反馈置数法，使计数器的状态恢复到0111状态，这样就完成了彩灯的左移循环功能了。

图3流水灯设计原理图（方案三）

方案三：

如图3所示，触发信号和方案1、方案2都是用555定时器来设计，彩灯采用共阳极接法，本方案主要利用74ls194的双向移位功能和置数功能寄存器和开关一起控制来实现左移、右移、全亮、全灭等动能。

当开关SW4和SW1一起闭合时实现左移;当开关SW4和SW2一起闭合时实现右移功能，当开关SW4和SW3一起闭合实现全亮（SW2、SW1可以闭合也可以不闭合）；当开关SW4断开实现全灭。

方案三和方案一、方案二相比，显然方案三的电路简单，所用元器件更少，所以综合考虑选用方案三来设计。

整体框图

3.各单元电路设计

3.1、555脉冲产生电路

NE555内部比较器的灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活。

而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和外界温度的干扰较小。

由555定时器构成的多谐振荡器频率稳定，不易受干扰，所以选用555定时器构成脉冲信号产生电路。

其原理图如下所示：

图3.1由555定时器构成的多谐振荡器

555定时器内部结构

工作原理：

在未接通电源时，用于多谐振荡器处于没有工作电源，不能正常工作，输出为高阻态，不能提供脉冲；接通电源后，Vcc经过电阻R7，R8对电容C1进行充电，其电压U由0按指数规律上升。

当U》2/3Vcc时，电压由比较器A1=0,A2=1，基本RS触发器被置0，Q=0，Q的非等于1，输出Uo跃到低电平Uol.与此时，放电管V导通，电容C1经电阻R8和放电管V放电，电路进入暂稳态。

随着电容C1的放电，Uc随之下降。

当Uc下降到Uc《1/3Vcc时，则电

压比较器A1，A2的输出为A1=1,A2=0。

基本RS触发器被置1，Q=,1，Q的非等于0，输出Uo跃到高电平Uoh.同时，因为Q的非等于0，放电管V截止，电源又经电阻R7，R8对电容C1充电。

电路返回到前一个暂稳态。

因此，电容C1上的电压在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲。

3.2双四位移位寄存器

74LS194功能表：

功能表中说明：

74LS194的移位方向控制S1和S0，移位电平控制Left和Right，置位输入是ABCD，QA，QB，QC，QD是输出。

仿真电路图：

74LS194引脚图

原理：

本设计采用两片双四位移位寄存器194，用来进行8位流水灯的移位。

其中S0和S1可以改变移位方向，SR和SL可以改变移位的电平值，CLK提供移位脉冲，D0，D1，D2，D3提供置数的值，Q0,Q1，Q2，Q3是移位输出。

MR是清零端，低电平清零。

输出的八个端口接发光二极管。

4.设计电路

4.1时钟脉冲产生电路

采用555定时器产生连续的时钟脉冲

4.2流水灯驱动显示电路

采用74LS194和开关实现灯的左移右移全亮全灭。

4.3流水灯控制电路

4.4总体电路（如图三）

5.安装与调试过程

5.1、彩灯控制器安装

1）设计好电路，用Protues仿真，并修改使他正常运行，确定实际电路中需要的元器件。

2）连接电路时，考虑到元器件和导线的外在影响，接线时先逐个测量元器件和导线，发现坏的，立即找老师替换。

3）看到设计好的电路图，线路错综复杂，所以接线时非常仔细谨慎，一个一个模块的连接，两个移位寄存器的级联，计数器的计数，红绿灯的控制，完全接好后打开电源。

为简化接线过程，我把白天和夜间工作电路分为两次接线

5.2调试工具

数字万用表，直流稳压电源，示波器，protues软件的仿真

5.3彩灯控制器的调试

1）通电后，观察有无异常现象，看实验结果是否与设计电路一致，起初发光二极管不亮，经检查是电源管脚接触不良，之后发现移位寄存器不移位，原来是SL、SR都是置的低电平。

移位寄存器的级联和置数的问题，刚开始移位是往中间移位，显然级联的不对。

2）重新接好置数逻辑模块后，接通电源，看电路的工作状态，看脉冲是否准确给出秒脉冲，开始时有时无，则一定是管脚接触不良，可以将自动脉冲改为手动脉冲，直到电路完整的工作完四个状态。

3）计数器和状态切换电路的工作电路也是按上述步骤安装、调试。

6.结论

6.1故障分析

通电后发现二极管不亮或者亮的不明显，有时能循环移动，有时不能，起初怀疑是焊接的问题，经过用万用表测量后发现焊接没有问题，经分析是芯片管脚电压不正常，可能是芯片出厂时有问题，更换芯片后重新测试。

经过认真检查与分析，流水灯能进行顺利的左循环、右循环、全亮、全灭等功能。

6.2心得体会

刚开始拿到题目后不知如何下手，于是去图书馆、上网查资料。

一点一点的去理解，慢慢的理出了思路，初步得出电路图的模块的设计方法。

这次课程设计让我重新学习了数电知识，才明白以前为了应付考试而学到的知识只是皮毛而已，也让我明白了自学的重要性，深入了解一门课而得到正确答案的满足感。

初步设计好电路图后，接着在protues软件上进行仿真，开始的几次仿真结果都不尽如人意，我找了好久的错误，一次又一次的修改，始终是同样地错误在那里。

连续几天的仿真，我都想放弃了，可是又不甘心，我就不信我做不出来，置之死地而后生，我把所有的图都删除了，重新开始设置逻辑，得出新的表达式，终于得到与理想电路图一样的结果。

接下来就是画pcb，由于之前没有用过protues画图，于是我画了大半天的时间学习用protues画图，经过我不折不挠的努力，终于把pcb图画好啦，接着就是腐蚀、打孔、焊接等，经过我几天的努力，功夫不负有心人，终于把老师教给我的任务顺利完成。

经过几天的设计，我学到了很多东西，不管是课本上的知识，还是生活中做事的风格和动手能力，我受益匪浅。

这次设计不仅检验了我的知识，而且还考验我的耐心，细心。

也让我进一步了解了电子设计。

8.参考文献

【1】《数字电子技术基础》康华光编著，高等教育出版社

【2】《电子技术基础实验、设计与仿真》贾更新编著,郑州大学出版社

【3】《数字电子技术》（第二版）杨志忠主著，高等教育出版社

附录

流水灯PCB图